Дисертації (вільний доступ)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Утилізація газових викидів мікроводоростями(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Вдовиченко, Альона Андріївна; Голуб, Наталія БорисівнаВдовиченко А.А. Утилізація газових викидів мікроводоростями. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 16 Хімічна та біоінженерія за спеціальністю 162 Біотехнології та біоінженерія. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Щороку наростає проблема відходів у світі, зокрема, й газоподібних. Міжнародна спільнота прийняла Паризьку угоду (2015) щодо обмеження глобального потепління внаслідок щорічного зростання температури шляхом зменшення викидів парникових газів. Це є важливим кроком у глобальних зусиллях протидії зміни клімату та захисту довкілля. Згідно звіту Програми ООН з довкілля за 2024 рік, на сьогодні не вдалось досягти необхідного рівня скорочення газових викидів. Дві третини загального збільшення попиту на енергію у 2023 році було задоволено за рахунок викопного палива. Згідно даних Міжнародного енергетичного агентства пов’язані з енергетикою викиди вуглекислого газу досягли рекордного рівня в 37,4 мільярдів тон. Розробка біотехнології утилізації газових викидів мікроводоростями є актуальним науково-технічним завданням, вирішення якого дозволить не лише зменшити антропогенне навантаження на довкілля та скоротити викиди парникових газів, але й отримати біомасу, багату на корисні речовини, для подальшого застосування в різних галузях промисловості та сільського господарства, зокрема і в біоенергетиці. Дослідження поглинання газових викидів мікроводоростями набуває все більшого поширення серед науковців, зокрема, цією темою займаються Zieliński M., Dębowski M., Yadav G., Zhang X., Wang R., Голуб Н.Б., Дячок В.В. та інші. Ними розглядається необхідність зменшити шкідливий вплив високих концентрацій токсичних речовин, що містяться у газових викидах, на мікроводорості, а також проводиться розробка технічних рішень для повної утилізації вуглекислого газу та інших домішок мікроводоростями. Розглядається можливість використання у різних галузях біомаси мікроводоростей, вирощеної з використанням газових викидів. Не достатньо досліджено вплив концентрацій оксидів карбону, нітрогену і сульфуру в газових викидах на розвиток мікроводоростей, не визначено співвідношення наявних оксидів та режими їх подачі, які не мають негативного впливу на розвиток клітин мікроводоростей та продукування ними цільового продукту. Також не досліджено зміну метаболізму при дії різних концентрацій оксидів та швидкості їх надходження до фотобіореактора. Метою дослідження є розробка біотехнології утилізації газових викидів мікроводоростями. Методи дослідження. В процесі досліджень використовувались теоретичні і емпіричні методи. Експериментальна частина включала використання гравіметричного методу для визначення вмісту сухих органічних, неорганічних речовин та біомаси, мікроскопіювання – для спостереження за розміром клітин, зміною забарвлення та візуального виявлення ліпідів у флуоресцентному опроміненні. Для визначення концентрації мікроводоростей і вмісту пігментів використовувався метод спектрофотометрії, для підрахунку клітин – автоматизований лічильник клітин. Для визначення змін кислотності у середовищі застосовувалась pH-метрія, для визначення вмісту йонів – фотоколориметрія, вмісту азоту, вуглецю та сірки – елементний аналіз складу біомаси. Склад газів вимірювався газоаналізаторами. Для руйнування клітин використовувалась ультразвукова обробка, виділення ліпідів з біомаси проводилось методом Сокслета, їх склад визначався методом газової хроматографії. Математична і статистична обробка результатів, узагальнення даних, графічне оформлення та побудова тривимірних моделей здійснювались за допомогою програмного забезпечення MSExel. Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному: Встановлено технологічні параметри біотехнологічної утилізації газових викидів мікроводоростями, які впливають на якісний та кількісний склад компонентів їх біомаси, що можна використовувати в різних галузях промисловості. Утилізацію газових викидів мікроводоростями впроваджено на ТОВ «РОСТОК-ПРИЛАД ЛТД» (акт впровадження додаток А). Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному: вперше: - встановлено максимальні граничні концентрації оксидів сульфуру та нітрогену в газових викидах, за яких не відбувається припинення розвитку мікроводоростей Chlorella vulgaris; - визначено раціональний розмір отворів дифузора, за якого відбувається максимальний приріст біомаси в процесі барботування культурального середовища СО2; набуло подальшого розвитку: - встановлення залежності впливу газових викидів на якісний і кількісний склад мікроводоростей Chlorella vulgaris. В першому розділі наведено передумови необхідності утилізації газових викидів та значення ролі мікроводоростей в цьому процесі. Встановлено вплив на культивування мікроводоростей таких компонентів газових викидів, як оксиди вуглецю, сірки, азоту. Визначено можливість використання газових викидів при культивуванні мікроводоростей Chlorella sp. Проаналізовано можливі перешкоди застосування газових викидів для культивування мікроводоростей. Визначено шляхи використання нарощеної біомаси мікроводоростей. Визначено завдання, які необхідно вирішити для створення технології утилізації газових викидів. В другому розділі наведено використані методи дослідження, опис установок, методику виконання експериментів, склад поживного середовища, використані культури, підготовку газових викидів до утилізації мікроводоростями. В третьому розділі наведено результати досліджень впливу параметрів подачі вуглекислого газу на культивування мікроводоростей. Розглянуто ефективність використання дифузорів з різними параметрами для розчинення вуглекислого газу в середовищі. Визначено оптимальну швидкість подачі газу за заданої концентрації. Встановлено раціональну періодичність подачі газу. Проаналізовано застосування рециркуляції для ефективного поглинання вуглекислого газу мікроводоростями. В четвертому розділі наведено результати дослідження утилізації газових викидів мікроводоростями, вплив на культивування азотної та сульфатної кислот. Визначено вплив рециркуляції газових викидів на ефективність їх утилізації та склад біомаси мікроводоростей, зокрема, ліпідів. Досліджено використання газових викидів з вугільної ТЕЦ для культивування мікроводоростей. Визначено вплив на біомасу мікроводоростей та ціанобактерій газових викидів після спалювання біогазу. В п’ятому розділі наведено графічну модель залежності швидкості росту клітин від технологічних параметрів процесу утилізації газових викидів. Розроблено технологічну схему біотехнології утилізації газових викидів мікроводоростями. Наведено розрахунки собівартості роботи спроектованої установки для утилізації газових викидів. Особистий внесок здобувача. Всі основні результати, відображені в дисертаційній роботі, отримано здобувачем особисто. Здобувачем проведено аналіз літературних даних, сконструйована лабораторна та промислово-дослідна установки для культивування мікроводоростей та утилізації газових викидів. Розроблено технологічну схему утилізації газових викидів. Аналіз результатів та підготовка публікацій за результатами цих досліджень виконані за участі співавторів. Дисертаційна робота виконана на кафедрі біоенергетики, біоінформатики таекобіотехнології Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», під керівництвом д.т.н., доц. Голуб Н.Б. та на кафедрі інженерії навколишнього середовища Вармінсько-Мазурського університету в Ольштині (Республіка Польща) за наставництва д.т.н., проф.Зелінського М. (в рамках гранту №2022/01/4/NZ9/00019 для науковців з України, які не мають ступеня PhD від Національного Наукового Центру (NCN, Республіка Польща) та Грантів Європейської Економічної Зони і Норвегії (EEA and NorwayGrants)). Частина роботи, яка наведена в розділах 4.3 та 4.4 проведена разом з польськими колегами. За темою дисертації опубліковано 11 наукових праць, в тому числі: 3 наукові статті, з яких 2 статті опубліковані в періодичних виданнях, що входять до наукометричної бази Scopus, та відносяться до Q2 та Q4 SCImago Journal Rank, 2 статті в фахових періодичних виданнях, 8 тез доповідей на всеукраїнських та міжнародних науково-практичних конференціях.Документ Відкритий доступ Зниження викидів оксидів азоту в промислових котлах шляхом ступеневого спалювання(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Логвинюк, Максим Олександрович; Новаківський, Євген ВалерійовичЛогвинюк М.О. Зниження викидів оксидів азоту в промислових котлах шляхом ступеневого спалювання. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 «Енергетичне машинобудування». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної проблеми зниження викидів оксидів азоту в промислових котлах методом ступеневого спалювання палива при використанні двох чисельних методик моделювання роботи топки котла. У вступі обґрунтовано актуальність розробки спеціальних процедур, подано загальну характеристику роботи, сформульована її мета, основні задачі, об’єкт та предмет досліджень, наведена наукова новизна та практична цінність отриманих результатів, представлено інформацію про особистий внесок здобувача та апробацію роботи, її структуру та обсяг. У першому розділі автором проведено літературний огляд за темою дисертації. В розділі відображається сучасний стан енергетичних та промислових котлоагрегатів України та світу, та проблеми із зменшенням утворенням оксидів азоту. Проаналізовано вирішення проблеми зниження утворення оксидів азоту на іноземних котлоагрегатах при експлуатації котлів на різному виді палива та різної потужності. Проаналізовано різні методи зниження оксидів азоту, наведено можливості та обмеження застосування методики ступеневого спалювання палива при реконструкції промислових котлів енергетичного сектору України для забезпечення Європейських нормативних значень. На основі розробки першого розділу дисертації було поставлено мету та завдання дослідження. У другому розділі представлено дві чисельні методики розрахунку топкової камери котла та утворення оксидів азоту для вирішення поставленої задачі. Перша методика представляє собою систему емпіричних рівнянь позонного теплового розрахунку топкової камери, з розширеною функцією розрахунку утворення оксидів азоту по висоті топки. Друга методика представляє собою систему диференційних рівнянь, що описують процеси горіння природного газу, променевого теплообміну та утворення оксидів азоту в об’ємі топкової камери. Також наведена методика регресійного аналізу, що використовується для обробки результатів чисельних експериментів. У третьому розділі проведено апробацію методик, що наведено в другому розділі. Проведено чисельне моделювання процесів горіння палива та утворення оксидів азоту в топковій камері котла ГМ-50-14/250 за методикою системи емпіричних рівнянь з використанням MS Excel. Аналогічні розрахунки були проведені за системою диференціальних рівнянь, за допомогою програмного забезпечення ANSYS FLUENT. Результати чисельного моделювання за двома методиками порівняно між собою, та з даними вимірювань на такому ж працюючому обладнанні. За двома методиками визначено розподіл температури по висоті топки та теплове навантаження на екранні панелі. Визначено екологічні показники топки, а саме утворення NOx при різних теплових навантаженнях. Визначено максимальну потужність котла, при якій його робота відповідає європейським екологічним стандартам. Відхилення розрахунків по утворенню NOx в котлі ГМ-50-14/250 при 40% від номінальної потужності порівняно з результатами натурних випробувань за допомогою методики системи диференціальних рівнянь склало 8%, а за допомогою системи емпіричних рівнянь – 27%. При роботі на номінальній потужності відхилення результатів зменшилися до 2% і 8% відповідно. Відхилення результатів теплових розрахунків за різними методиками в зоні активного горіння і на виході з топки становить до 3% при різних навантаженнях. У четвертому розділі представлено результати чисельного моделювання ступеневого спалювання палива за методиками наведеними в розділі 2. В розділі проаналізовано вплив розподілу повітря між пальниковими пристроями на утворення оксидів азоту при горінні природного газу. Розглянуто два варіанти розподілу повітря: для стандартного двоярусного компонування пальників та двоярусного із додаванням сопел третинного повітря. Для чисельного моделювання були побудовані матриці експериментів з різним розподілом повітря між пальниками та соплами. Для найбільш репрезентованих матриць було проведено чисельне моделювання за двома методиками та виконано порівняння результатів, які корелюються між собою. Наведено результати при навантаженні котла від 40 до 100%. Виконано моделювання зміни втрат хімічного недопалу при застосуванні методики ступеневого спалювання палива. Отримано залежності прогнозування утворення оксидів азоту при різних коефіцієнтах надлишку повітря з використанням сопел третинного повітря з представленням у форматі діаграм при різних потужностях котла. Наведено обґрунтування можливості застосування даної методики на існуючому обладнанні. Наукова новизна одержаних результатів. В дисертаційній роботі наведено результати, які отримано вперше, а саме: 1. Вперше проведено порівняння двох методик для теплового розрахунку топкових камер котлів та процесів утворення оксидів азоту, що використовуються в світі та в Україні. 2. Отримано подальший розвиток методики теплового розрахунку топкової камери котла з використанням системи емпіричних рівнянь з можливістю розраховувати утворення оксидів азоту в окремих зонах топкової камери. 3. Набула подальшого розвитку теорія ступеневого спалювання природнього газу в топковій камері котла, для зменшення утворення оксидів азоту. В роботі запропоновано та обґрунтовано розподіл повітря між пальниками та соплами третинного повітря. 4. Вперше побудовано регресивну модель прогнозування утворення оксидів азоту та хімічного недопалу, при різному навантаженні котла від 40 до 100%, із застосування двоярусного компонування пальників та з додаванням сопел третинного повітря. Вперше побудовано діаграми для прогнозування утворення оксидів азоту та хімічного недопалу при різному розподілу повітря по ярусам та соплам при різному навантаженні котлів від 40 до 100%.Документ Відкритий доступ Енерготехнологічні особливості використання водневих технологій в технологічних установках(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Рябцун, Руслан Сергійович; Воробйов, Микита ВалерійовичРябцун Р.С. Енерготехнологічні особливості використання водневих технологій в технологічних установках – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 «Енергетичнемашинобудування». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Підготовка здійснювалася на кафедрі атомних та електричних станцій Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України. Заміна природного газу воднем, окрім очевидних переваг у зменшенні викидів CO₂ і декарбонізації атмосфери, спричиняє зміни вогнетехнічних та емісійних характеристик паливно-окислювальних сумішей. Зокрема, це веде до збільшення абсолютного споживання паливного газу через нижчу теплоту згоряння водню, а також до зростання утворення оксидів азоту (NOx) через вищу температуру горіння водню. Завдання зменшення викидів парникових газів набуває дедалі більшої актуальності, що стимулює впровадження інноваційних водневих технологій у сфері енергетики, зокрема заміну природного газу воднем. Змішування водню з природним газом сприяє поліпшенню екологічних показників і зменшенню утворення CO2. У вступі обґрунтовано актуальність дослідження, визначено його мету та основні завдання, а також визначено об’єкт і предмет дослідження. Розкрито наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів, окреслено особистий внесок здобувача і зроблено ключові висновки. Наведено інформацію про апробацію результатів дослідження та можливі напрямки їх практичного застосування. Також описано загальний обсяг та структуру дисертаційної роботи. В першому розділі проаналізовані відомі наукові роботи стосовно використання воденьмістких палив для промислових об’єктів та побутових пристроїв, також розглянуто особливості виробництва водню, та перспективи водневої енерегетики. Опрацювані наукові статті щодо кількості використання природнього газу та переспективи виробництва зеленого водню. Особливу увагу приділено екологічним аспектам заміщення природного газу на суміші з воднем. На прикінці першого розділу сформульовано мету та завдання роботи. В другому розділі проведені теоретично-розрахункові дослідення вогнетехнічних та екологічних властивостей газових палив, складених із сумішей метану та водню, а саме швидкостей горіння, зміни адіабатичної температури горіння сумішей при збільшенні долі водню у паливі, оцінці утворення оксидів азоту, та викидів СО2. Використання водню при заміщенні природного газу крім очевидних переваг з декарбонізації атмосфери (зменшення викидів СО2) призводить до зміни вогнетехнічних та емісійних використання характеристик паливо-окислювальних сумішей, зокрема збільшення абсолютної витрати паливного газу через меншу теплоту згоряння водню, збільшення утворення оксидів азоту NOx через більшу температуру горіння водню та ін. В третьому розділі проведено експериментальні дослідження спалювання метано-водневих сумішей на промисловому пальнику SUEMAX потужністю до 30 кВт. Доля заміщення воднем природного газу складала відповідно [Н2] = 30 % об. та 50 % об. Також в пальнику було спалено чистий водень ([Н2] =100 % об.). Мета дослідження полягала у визначенні енергоекологічних характеристик спалювання метано-водневих сумішей в промисловому газовому пальнику з визначенням емісії NOx, СО та температурних характеристик факелу з порівнянням з випадком спалювання чистого природного газу (метану). На основі аналізу результатів експериментів визначено, що при спалюванні метано-водневої суміші зменшуються викиди СО та збільшуються температури викидних газів і емісія NOx. Встановлено, що емісія оксидів азоту NOx зростає в ~1,5…2,0 рази та складає [NOx] = 89 – 50 ppm для спалювання чистого водню. В той же час відмічається суттєве зниження утворення СО, ~20 разів при спалюванні суміші [СН4] / [Н2] = 50 / 50, % об., рівень утворення СО складає [СО] = 1 – 2 ppm. Наведені характеристики показують суттєвий вплив конструкції стабілізатору, так для пальника SUEMAX довжина факелу в наведеному робочому режимі коротша на 20 % у порівнянні з СНС. В четвертому розділі основною метою дослідження є визначення впливу процентного вмісту водню в паливній суміші з метаном на утворення оксидів азоту (NOx), при використанні в штатних осьових пальниках водогрійного котла типу ДКВР-10-13. Також в роботі ставилась задача визначити середні характеристики теплообміну в топковій камері згаданого котельного агрегату за допомогою відомого пакету програм CFD-моделювання ANSYS-Fluent, що дозволяє після попередньої верифікації з експериментальними даними взятими з робіт інших авторів, розширити діапазони режимних параметрів, що можуть впливати на роботу котельного агрегату в цілому. Методи, об’єкт та предмет дослідження. Об’єкт дослідження – процеси спалювання метано-водневих сумішей у технологічних установках. Предмет дослідження – енергетичні та екологічні харакетристики (утворення шкідливих речовин) процесу горіння при спалювані метано-водневих сумішей. Методи дослідження – у дослідженні застосовувалися як експериментальні, так і розрахунково-теоретичні методи аналізу процесів горіння. Експерименти зі спалювання суміші природного газу та водню проводилися на спеціально обладнаному експериментальному стенді. Отримані результати оброблялися й узагальнювалися із використанням сучасного програмного забезпечення.Документ Відкритий доступ Високоефективні імпульсні нітрид-галієві енергоперетворювачі рухомих безпілотних радіосистем(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Бурковський, Ярослав Юрійович; Зіньковський, Юрій ФранцевичБурковський Я. Ю. «Високоефективні імпульсні нітрид – галієві енергоперетворювачі рухомих безпілотних радіосистем» – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 172 «Телекомунікації та радіотехніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Представлена дисертація присвячена розробці, удосконаленню та комплексній оптимізації сучасних методів аналізу, моделювання, проектування та впровадження енергоперетворювачів, створених на основі напівпровідникових структур із широкою забороненою зоною (WBG), зокрема нітриду галію (GaN) та карбіду кремнію (SiC). У цьому дослідженні значна увага приділена практичним аспектам застосування WBG-напівпровідників у бортових системах (у тому числі системах живлення) для радіоелектронного обладнання, що функціонує у безпілотних літальних апаратах (БПЛА) та на наземних безпілотних автономних платформах (БПА). Дане дослідження є відповіддю на зростаючу потребу у більш ефективних, компактних, масштабованих і надійних рішеннях, де особливе значення мають енергетична ефективність, термічна стабільність, надійність, електромагнітна сумісність (EMC), рівень завади, адаптивність параметрів системи до складних умов експлуатації, властивих безпілотним системам. У роботі було теоретично та експериментально доведено, що напівпровідники з широкою забороненою зоною, такі як GaN та SiC, мають низку визначних переваг порівняно з традиційними кремнієвими приладами силової електроніки. Ці переваги включають підвищену енергоефективність, можливість стабільної роботи за ширшого діапазону температур, значно вищі граничні частоти комутації, а також здатність пропускати більші струми та витримувати вищі напруги. Було виявлено пряму квадратичну залежність мінімально можливого опору каналу від максимально допустимої зворотньої напруги та обернену кубічну залежність від критично допустимої напруженості електричного поля у напівпровіднику, що дозволило аналітично обґрунтувати вибір напівпровідникової основи силового елементу для застосувань у системі енергоперетворення БПЛА / БПА, а саме нітриду галію. Важливою складовою роботи стало створення комплексного підходу до аналізу та оптимізації енергоперетворювачів на основі нітриду галію. У межах цього підходу було розроблено лінійку теоретичних та комп’ютерних моделей у середовищах MATLAB/SIMULINK та SPICE, що враховують статичні та динамічні складові паразитних параметрів, температурних ефектів, динамічних та статичних втрат, а також особливості драйверів затворів. Завдяки цим моделям стало можливим підбирати структурні компоненти та прогнозувати характеристики систем у різноманітних режимах роботи, детально дослідити перехідні процеси, динаміку вмикання та вимикання напівпровідникових пристроїв, виявити та оцінити вплив паразитних явищ на енергоперетворювачі, а також підібрати оптимальні параметри для забезпечення максимальної енергоефективності. У процесі моделювання була отримана вольт-амперна характеристика обраного GaN транзистору та її температурна залежність. Запропонований підхід включає детальне дослідження факторів, що впливають на роботу імпульсних перетворювачів, побудованих на GaN та SiC. Зокрема, було проаналізовано вплив паразитних ефектів, таких як ємності затвора, динамічні та статичні втрати при високочастотному комутовані, а також аналітично доведено переваги моделювання проектних параметрів енергоперетворювача, спрямованого на мінімізацію цих факторів. Доведено, що відсутність паразитних діодів у GaN транзисторах суттєво знижує втрати зворотного відновлення у таких топологіях, як синхронний понижувальний перетворювач і дає змогу стабільно працювати на високих частотах комутації з мінімальними втратами. Проведена оптимізація параметрів та отримана фазочастотна характеристика вихідних фільтрів перетворювача (враховуючи різні режими роботи електроенергетичних систем), а саме режимів безперервної (CCM) і переривчастої (DCM) провідності, а також сценаріїв примусової провідності (FCM). Було досліджено вплив паразитних втрат, конструкційних обмежень та параметрів перетворювача, що у сукупності дозволило забезпечити стабільність і ефективність системи при наявності реальних технічних обмежень. У результаті вдалося зберегти високі показники ККД та стабільність вихідних параметрів за мінімальних пульсацій напруги й струму. Застосування методики зниження паразитних параметрів топології дало змогу досягнути частоти перемикання силової частини перетворювача близько 1,1 МГц. Це позитивно вплинуло на мінімізацію розмірів та маси реактивних компонентів вхідного і вихідного каскадів, підвищивши компактність конструкції та збільшивши питому потужність системи. Окрему увагу приділено впровадженню цифрових методів керування на основі методів обробки сигналів, зокрема системам керування з цифровими компенсаторами ланки зворотного зв’язку на базі фільтрів з нескінченною імпульсною характеристикою. Такий підхід забезпечив високий ступінь адаптивності, точність встановлення вихідних параметрів та стабільність роботи перетворювача при зміні навантаження або зовнішніх умов. Цифрова система керування дала змогу досягти поєднання гнучкості, масштабованості та програмованості, підвищуючи нечутливість контурів керування і компенсаторів до зовнішніх впливів та змін у вибраній елементній базі, усуваючи необхідність розробки аналогових кіл компенсації. Моделювання у MATLAB/SIMULINK підтвердило правильність розробленої керуючої моделі та оптимальне налаштування коефіцієнтів компенсації. Результати показали, що при зміні заданої напруги відсутні суттєві перерегулювання й пульсації, що свідчить про загальну стабільність та коректну роботу регулятора системи. Це відкриває можливості застосування таких підходів у високонавантажених середовищах, де гнучкість та адаптивність системи живлення є критично важливими. SPICE-симуляції підкріпили отримані теоретичні висновки та модельні результати. При максимальному навантаженні було зафіксовано коефіцієнт корисної дії на рівні 97,5%, що майже дорівнює розрахунковому значенню, отриманому за допомогою запропонованої методики теоретичного аналізу. Крім того, SPICE-симуляції підтвердили стабільну роботу перетворювача у широкому діапазоні навантажень та відповідність вихідних характеристик встановленим технічним вимогам. Це засвідчує вірність обраних проектних рішень, коректність застосованих методів моделювання та розрахунків, а також правильність підбору елементів системи. Під час експериментальних практичних досліджень та апробацій комплексної методики розрахунків, моделювання і керування енергоперетворювачем на основі широкозонних напівпровідників, отримані результати показали практичну застосовність та ефективність цих підходів. Зокрема, було продемонстровано зменшення статичних та динамічних втрат, можливість функціонування на високих частотах комутації, зростання надійності завдяки зменшенню тепловиділення. Практичні випробування підтвердили похибку встановлення вихідної напруги на рівні 11,97 В±0,27% та рівнем пульсацій 33мВ, що суттєво перевершує початкові технічні вимоги. Завдяки впровадженим рішенням, у ході тестування було продемонстровано підвищення ККД перетворювача на 5%, зниження показників маси у 1,9 рази, зменшення об’єму у 2 рази, зниження пульсацій вихідної напруги у 2,3 рази та підвищення допустимого вихідного струму у 1,5 рази порівняно із раніше використаним серійно доступним рішенням. Отримані експериментальні результати фактично формують підґрунтя для подальшого можливого впровадження напівпровідників із широкою забороненою зоною у високочастотні імпульсні перетворювачі, що мають критичні вимоги до масогабаритних та енергоефективних параметрів. Розроблені енергоперетворювальні системи пройшли успішні випробування на реальних наземних та повітряних дронах, які зараз активно застосовуються у різноманітних сферах, у тому числі у оборонній сфері. На практиці підтверджено, що модульність і масштабованість конструкцій систем живлення на основі GaN-технологій дає змогу адаптувати такі енергоперетворювачі до різних вимог, узгоджуючи їх із характеристиками бортового радіоелектронного обладнання конкретних безпілотних платформ. В ході експлуатаційних випробувань розроблені конструкції підтвердили стійкість до екстремальних температур, вібрацій та інших складних умов, зберігаючи при цьому високу надійність, стабільність вихідних характеристик та ефективність. Також експериментально підтверджено, що за рахунок підвищення ККД, зниження показників маси та зменшення об’єму, дальність дії тестового зразка БПЛА зросла на 17%. Загалом, результати цього дослідження доповнюють науково-технічне підґрунтя для більш широкого впровадження напівпровідників із широкою забороненою зоною в енергоперетворювальні системи різного призначення. Запропоновані теоретичні, методичні та інженерні рішення можуть бути використані для розробки нових високоефективних, масштабованих та надійних систем енергоперетворення, що відповідатимуть зростаючим вимогам сучасної радіоелектронної апаратури та забезпечуватимуть нижчі втрати електричної енергії, включно із вимогами до живлення бортових систем БПЛА та БПА. Інтеграція WBG-напівпровідників дозволяє підвищити питому потужність, зменшити масогабаритні та економічні показники, дозволяє покращити та розширити діапазони робочих параметрів та забезпечити стабільну роботу за екстремальних умов. Отримані результати можуть стати основою для подальших комплексних теоретичних і експериментальних досліджень, спрямованих на глибше розуміння і вдосконалення технології енергоперетворення на основі WBG-напівпровідників.Документ Відкритий доступ Розвиток наукових основ та удосконалення процесів безвідходного розділення сортового і трубного прокату на основі застосування способів комбінованого навантаження(Донбаська державна машинобудівна академія, 2025) Карнаух, Сергій ГригоровичКарнаух С. Г. Розвиток наукових основ та удосконалення процесів безвідходного розділення сортового і трубного прокату на основі застосування способів комбінованого навантаження. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.05 – Процеси та машини обробки тиском. – Донбаська державна машинобудівна академія. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Краматорськ, 2025. Дисертація спрямована на вирішення важливої науково-технічної проблеми підвищення ефективності процесів розділення сортового і трубного прокату на базі розвитку наукових основ, застосування нових технологічних способів і засобів комбінованого навантаження та розробки методик проектування технологічних процесів, обладнання та оснастки. На підставі проведеного літературного аналізу встановлено шляхи розвитку процесів безвідходного розділення сортового і трубного прокату, обладнання і оснастки для їх реалізації. Визначено основні напрямки вдосконалення даної галузі обробки тиском, які полягають у створенні нових схем, підвищення можливостей відомих безвідходних способів розділення сортового і трубного прокату та обладнання для їх реалізації, вивченні закономірностей формоутворення, оцінки технологічних можливостей, моделювання технологічних режимів, розробки методик розрахунку і проектування технологічних процесів з урахуванням особливостей зовнішнього силового і кінематичного впливу. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності процесів розділення сортового і трубного прокату на базі розвитку наукових основ, застосування нових технологічних способів і засобів комбінованого навантаження та розробки методик проектування технологічних процесів, обладнання та оснастки. Об'єкт дослідження – процеси, обладнання і оснастка для розділення прокату на мірні заготовки. Предмет дослідження – методи аналізу і закономірності розвитку технологічних режимів, способи, обладнання і оснастка для безвідходного розділення сортового і трубного прокату комбінованим навантаженням, оцінка їх технологічних можливостей. Тема роботи відповідає пріоритетному напрямку розвитку науки і техніки та науковому напрямку наукової школи «Нові швидкодійні технології й машини з комбінованим впливом на заготовку» Донбаської державної машинобудівної академії. На підставі розробленої класифікації безвідходних способів розділення сортового і трубного прокату, засобами комбінаторики виконаний синтез перспективних способів комбінованого навантаження, які дозволяють підвищити ефективність роботи обладнання та геометричну точність отриманих заготовок. Запропонована класифікації компактних виконавчих механізмів пресів і обґрунтована доцільність використання перспективних механізмів: клиношарнірних, кривошипно-кругових, кривошипно-кулісних та їх комбінацій, які забезпечують найбільш сприятливий силовий і кінематичний режим навантаження при виконанні операцій безвідходного розділення сортового і трубного прокату, що дозволяє зменшити величину енергосилових параметрів розділення та шкідливі наслідки розвантаження преса після зняття технологічного навантаження. З використанням синергетичних критеріїв руйнування та величин граничних ступенів деформації створено класифікацію матеріалів за ознакою їх чутливості до руйнування, яка дозволяє зробити обґрунтований вибір способу розділення. На основі проведеного кластерного аналізу синергетичних критеріїв руйнування матеріалів установлено, що синергетичні критерії: «критерій поширення тріщини» і «критерій крихкості» є базовими інформативними ознаками і при додаванні до них будь-якого з решти критеріїв, вони утворюють шукані інформативні множини мінімальної потужності, що забезпечують із заданою вірогідністю класифікацію матеріалів по їхній чутливості до розділення. Запропоновано експериментальний метод визначення деформованості зразків при реалізації процесів безвідходного розділення сортового прокату за величинами повздовжньої і поперечної граничних деформацій, який доповнює метод з використанням синергетичних критеріїв руйнування. Запропоновано методику вибору способу розділення сортового прокату за величинами критеріїв руйнування та повздовжньої і поперечної граничних деформацій. Установлені закономірності та залежності технологічних параметрів процесу розділення сортового прокату комбінованим статико-динамічним навантаженням способом триточкової холодної ломки згином, із застосуванням методів скінченних різниць та скінченних елементів, що забезпечує плавний та симетричний режим прикладення навантаження відносно концентратора напружень і відповідно отримання заготовок підвищеної геометричної точності. Розроблені комплексні математичні моделі динамічного і статико-динамічного навантажень прокату на прес-молоті, які враховують вплив попереднього статичного навантаження і жорсткості системи «прес-молот – оснастка – зразок» на хвильовий силовий режим розділення. Встановлено, що більша частина енергії витрачається на зародження й в’язке підростання тріщини, тоді як енергія крихкого руйнування складає не більше (10. . .25)% від сумарної енергії розділення. Збільшення величини динамічної максимальної сили ломки, у порівнянні зі статичною, для досліджених матеріалів склало не більше 8%, за виключенням зразків із сталі 40Х, де приріст склав більше 30%. Наявність статичної сили в момент удару забезпечує певний вихідний рівень напружень розтягання у зоні концентратора напружень, що підвищує керованість тріщиною. З підвищенням швидкості деформування геометрична точність заготовок поліпшується, особливо при статико-динамічному навантаженні. Рекомендована величина статичної сили при комбінованому навантаженні – не менше 25% від сили ломки і збільшується зі зростанням жорсткості контакту рухомих деталей пресмолота, оснастки і зразка. На підставі аналізу розробленої класифікації клиношарнірних механізмів, виявлений клиношарнірний механізм з увігнутим клином, який забезпечує максимальну технологічну силу на початку робочого ходу при розділенні прокату та має високу жорсткість. Із застосуванням аналітичних і графоаналітичних методів, методу скінченних елементів розроблені залежності для розрахунку технологічних параметрів процесу розділення сортового прокату на пресах з клиношарнірним механізмом з увігнутим клином. Застосування запропонованого клиношарнірного механізму з увігнутим клином дозволяє збільшити коефіцієнт використання пресів за зусиллям до (0,7. . .0,8), зменшити наслідки розвантаження преса в момент зняття технологічного навантаження. Основним недоліком клиношарнірного механізму є численна кількість поверхонь тертя. Для подолання цього недоліку запропонована і досліджена конструкція клиношарнірного механізму з увігнутим клином з поворотним ножем, який може бути використаний, у тому числі і для розділення фасонного прокату складної конфігурації. Застосування механізму дозволяє забезпечити складний плоский рух інструмента, результатом якого є сполучений процес відрізки зсувом і кручення. Встановлені залежності розрахунків геометричних і силових параметрів обладнання з використанням таких механізмів, які забезпечують раціональні режими відрізки. Величину параметру, який визначає положення центру обертання шарніру механізму, рекомендується вибирати рівною половині радіуса увігнутого клина. На підставі аналізу теоретичних розрахунків процесу відрізки трубчастих заготовок за схемою «ексцентричного закручування» з використанням кривошипнокругового механізму, виконаних за допомогою аналітичних методів та методу скінченних елементів, встановлені залежності для розрахунку геометричних і силових параметрів процесу розділення запропонованим способом. Виявлено, що зі збільшенням величини ексцентриситету енергосилові параметри розділення збільшуються. Для забезпечення геометричної точності отриманих заготовок величину ексцентриситету рекомендується приймати в діапазоні (0,5. . .1,5) від товщини стінки труби. Із застосуванням графоаналітичних методів теорії механізмів і машин встановлені залежності для розрахунків геометричних, кінематичних і енергосилових параметрів обладнання із клиношарнірним приводом з увігнутим клином у комбінації з кривошипно-круговим або кривошипно-кулісним механізмами для розділення сортового і трубного прокату. Обґрунтована доцільність застосування додаткового клина з постійним кутом нахилу до 10°, який може бути використаний для ходу наближення, вибірки зазорів, зміни кута нахилу увігнутого клина, що дозволяє забезпечити оптимальну траєкторію руху ножів і геометричну точність заготовок. Застосування запропонованих конструкцій компактних виконавчих механізмів дозволяє зменшити енергосилові параметри процесу розділення, шкідливі наслідки розвантаження преса в кінці робочого ходу, підвищити його жорсткість, коефіцієнти корисної дії і використання преса за зусиллям. Запропоновані і досліджені нові способи розділення сортового прокату комбінованим навантаженням за рахунок активних зусиль деформування пресом та реактивних зусиль пружної деформації технологічної системи, що дозволяє послідовно за один робочий хід виконувати операції «нанесення концентратора напружень – розділення» за схемами: «вдавлення клинового ножа – консольна ломка», «частковий зсув – консольна ломка», «частковий зсув – реверсний зсув». Аналізом запропонованого способу розділення за схемою «вдавлення клинового ножа – консольна ломка», із застосуванням методів полів ліній ковзання і методу скінченних елементів, встановлено залежності енергосилових параметрів процесу розділення, співвідношення робіт нанесення концентратора напружень і консольної ломки. Виявлено, що величина роботи вдавлення клинового ножа складає не більше 20% від роботи розділення прокату, тому енергії розвантаження преса в момент зняття технологічного навантаження достатньо для нанесення ефективного концентратора напружень. Встановлено, що для нанесення ефективного концентратора напружень і забезпечення стійкості інструмента кут слід вибирати у діапазоні (25 … 40)°, а глибину вдавлення концентратора напружень – (10. . .20)% від розміру поперечного перерізу зразка. На підставі аналізу запропонованого способу розділення за схемою «частковий зсув – реверсивний зсув», із застосуванням методу скінченних елементів, встановлено залежності енергосилових параметрів процесу розділення. Виявлено, що робота нанесення концентратора напружень складає не більше 20% від роботи, що витрачається на розділення зразка. Це дозволяє стверджувати, що енергії розвантаження преса буде достатньо для нанесення ефективногоконцентратора напружень за один робочий хід преса. Геометрична точність отриманих заготовок задовільна. Аналізом запропонованого способу розділення за схемою «частковий зсув – консольна ломка», із застосуванням методу скінченних елементів, встановлено залежності енергосилових параметрів процесу розділення. Виявлено, що робота нанесення концентратора напружень складає не менше 60% від роботи, що витрачається на розділення зразка. Тому даний спосіб можна реалізувати лише при наявності додаткового джерела енергії, оскільки енергії розвантаження преса буде недостатньо для нанесення ефективного концентратора напружень. Геометрична точність заготовок, розділених за цією схемою виявилася низькою. Встановлено, що на етапі нанесення концентратора напружень за схемами: «частковий зсув – консольна ломка», «частковий зсув – реверсний зсув», величини сили і роботи нанесення концентратора напружень, зі збільшенням ходу ножа, зростають у межах (15 … 20)% для матеріалів з різними механічними характеристиками. Таке зростання є незначним, оскільки відбувається зсув усього перерізу зразка відразу після контакту ножа із заготовкою. Зі збільшенням швидкості навантаження величини сили і роботи деформування також збільшуються. Аналізом класифікацій конструкцій штампів з диференційованим затиском прокату та передніх упорів до них, виявлені конструктивні ознаки, які дозволили створити нові конструкції штампів з диференційованим затиском сортового прокату з високими техніко-економічними характеристиками. Відрізані на них заготовки мають високу геометричну точність. Результатами вимірювань, із застосуванням методів магнітно-порошкової та фарбо-капілярної дефектоскопії, встановлено відсутність торцевих тріщин на заготовках. Встановлені залежності для розрахунків силових параметрів процесу розділення сортового прокату комбінованим навантаженням у штампах з диференційованим затиском прокату, які відрізняються врахуванням впливу величин кутів клинових механізмів штампів та контактного тертя при відрізці, що дозволяє призначити оптимальні параметри механізмів штампів: кут передачі зусилля на затиск і відрізку прокату – (30 … 40)°, а кут передачі зусилля на затиск ножових вкладишів – (27 … 30)°. На основі теоретичного аналізу, проведених експериментальних досліджень і досвіду експлуатації штампів з диференційованим затиском прокату, були перевірені відомі й сформульовані нові рекомендації до проектування подібних штампів. Адекватність теоретичних розрахунків підтверджено результатами експерименту (розбіжність до 8%). Новизна запропонованих способів та конструкцій обладнання і оснастки для їх реалізації захищена патентами України. Методики вибору, розрахунку та проектування процесів розділення за новими способами, рекомендації щодо вибору величин технологічних параметрів при розділенні сортового і фасонного прокату з використанням запропонованих компактних виконавчих механізмів та штампів з диференційованим затиском прокату підготовлені до впровадження, процеси та оснащення розділення апробовані і впроваджені у виробництво. Результати досліджень використовуються в навчальному процесі у вигляді лекційного матеріалу, а також при виконанні проектних та практичних робіт студентами та магістрантами.Документ Відкритий доступ Протикорозійний захист вуглецевих сталей дифузійними покриттями на основі хрому та силіцію(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Янцевич, Кароліна Віталіївна; Погребова, Інна СергіївнаЯнцевич К.В. Протикорозійний захист вуглецевих сталей дифузійними покриттями на основі хрому та силіцію. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.14 «Хімічний опір матеріалів та захист від корозії». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена захисту металів від корозії, підвищенню надійності та довговічності сталевого обладнання шляхом нанесення дифузійних хромосиліцидних покриттів. Збереження від корозійного руйнування металевих конструкцій, обладнання та споруд є одним із найважливішим питанням у промислово розвинених країнах світу. Збиток країнам від корозії і витрати на боротьбу з нею за даними NACE (National Association of Corrosion Engineers) сягає 3% від ВВП і полягає не тільки у пошкоджені та роз’їданні металу, але й в погіршенні функціональних властивостей виробів, зниженні їх надійності, довговічності. Для України, яка є однією з найбільш металонасичених країн Центрально-Східної Європи, ця проблема також надзвичайно важлива. Тому вирішення проблеми протикорозійного захисту металів, підвищення надійності обладнання є актуальним та першочерговим завданням в Украйні. Одним із найбільш розповсюджених методів протикорозійного захисту виробів і деталей з вуглецевих сталей від високотемпературного окиснення, електрохімічної корозії та механічного руйнування є нанесення на їхні поверхні захисних дифузійних покриттів. І тому, вирішення проблеми захисту вуглецевих сталей від високотемпературної корозії в атмосферному повітря, електрохімічної корозії у ряді водних агресивних середовищах та корозійно - механічного зношування шляхом нанесенням дифузійнихпокриттів на основі хрому та силіцію газовим методом в одному технологічному циклі є актуальною. Метою роботи було підвищення стійкості до високотемпературного окиснення в атмосфері повітря, корозійної стійкості у водних агресивних середовищах та зносостійкості вуглецевих сталей шляхом нанесення на їхні поверхні дифузійних покриттів на основі хрому та силіцію, встановлення механізму протикорозійного захисту вуглецевих сталей покриттями в різних агресивних середовищах. Відповідно до мети в роботі були поставлені наступні наукові завдання: 1. На основі аналізу теоретичних розрахунків можливих фізико – хімічних умов нанесення дифузійних покриттів, визначити раціональні склади насичуючих сумішей та режими дифузійного насичення сталей силіцієм та хромом в атмосфері хлору. На основі отриманих даних запропонувати спосіб отримання хромосиліцидних покриттів на вуглецевих сталях з метою підвищення їх стійкості до високотемпературної корозії в атмосфері повітря, зносостійкості і корозійної стійкості у водних агресивних середовищах. 2.Встановити взаємозв’язок між складом і структурою отриманих хромосиліцидних дифузійних шарів на поверхні вуглецевих сталей та їхнім впливом на стійкість сталей до високотемпературної корозії в атмосфері повітря. 3.Дослідити вплив отриманих дифузійних хромосиліцидних покриттів на електрохімічну корозію вуглецевих сталей та встановити механізм їх захисної дії у агресивних водних середовищах. 4.Встановити можливість підвищення корозійної стійкості вуглецевих сталей з хромосиліцидними покриттями в розчинах кислот за рахунок окиснення їхніх поверхневих дифузійний шарів (високотемпературного окиснення в атмосфері повітря, введення неорганічних добавок - окисників у агресивне середовище). 5.Провести лабораторні випробування хромосиліцидних покриттів, нанесених на вуглецеві сталі запропонованим способом. Термодинамічні розрахунки вихідних систем проводили з використанням програм «АСТРА» та «HSC Chemistry 5.0» з базою термодинамічних даних. Структуру та фазовий склад дифузійних хромосиліцидних покриттів досліджували за допомогою мікроструктурного, дюрометричного та рентгеноструктурного аналізу. Жаростійкість в атмосферному повітрі досліджували термогравіметричним методом з безперервною фіксацією зміни тепла, зміни маси зразків до температури 1000 С. Кінетику високотемпературного окиснення зразків зі сталей та сталей з покриттями оцінювали по збільшенню маси при різних температурно-часових умовах. Корозійні та електрохімічні дослідження сталей та сталей з покриттями проводили у різних водних агресивних середовищах. Дослідження абразивної стійкості та зносостійкості шляхом ковзання без змащувального матеріалу оцінювали за втратою маси зразків. За результатами проведених досліджень встановлено, що експлуатаційні властивості вуглецевих сталей (корозійна стійкість, жаростійкість, опір зносу) можуть бути суттєво підвищені за рахунок дифузійного насичення хромом та силіцієм в атмосфері хлору в єдиному технологічному циклі. В роботі наведено результати теоретичних розрахунків рівноважного складу багатокомпонентних систем за участю хрому, силіцію, вуглецю, заліза, кисню, хлору, що дало можливість спрогнозувати склад газової та конденсованої фаз, оптимальні параметри процесу насичення сталей хромом та силіцієм. Визначено найбільш термодинамічно імовірні хімічні реакції, що мають місце при комплексному насиченні сталей силіцієм та хромом. Запропоновано удосконалену конструкцію реакційної камери для дифузійного насичення сталей силіцієм та хромом, яка дозволяє зменшити витрати порошків силіцію і хрому на 25–30% (по масі), усунути можливе легування покриттів елементами, які входять до складу матеріалу, з якого виготовлена камера (сталь 12Х18Н10Т), а також необхідність введення до складу вихідних реагентів твердих вуглецьмістких речовин. Встановлено, що склад, структура та властивості хромосиліцидних покриттів суттєво залежать від вмісту вуглецю в сталі. На поверхні сталей з вмістом вуглецю (0,20-0,60)% дифузійний шар складається з двох зон - зовнішньої, до 15-20 мкм, яка містить карбіди хрому Cr23C6, Cr7C3 та внутрішньої зони 80-100 мкм, що представляє собою твердий розчин хрому та силіцію в -залізі (шар Fe (Si,Cr), На поверхні сталей з вмістом вуглецю (0,70-1,2)% утворюється дифузійний шар, який складається з карбідів хрому Cr23C6 та Cr7C3. Загальна товщина дифузійних покриттів складає 90 - 120 мкм. Мікрорентгеноспектральним аналізом встановлено, що на поверхні сталей 20 та 45 вміст силіцію у зовнішній зоні дифузійних покриттів складає, відповідно, 0,39 та 0,15 ат.%, у внутрішній – до 3,01 і 8,24 ат.%; вміст хрому у зовнішній зоні покриття складає 71,14 та 52,3 ат.%, у внутрішній, відповідно, 18,97 та 10,01 ат.%. На поверхні сталей У8А та У10А в карбідній зоні вміст силіцію складає (0,40-0,45) ат.%, вміст хрому - (89,9 – 92,1)ат.% та поступово знижується до 78,0 ат.%. Запропоновано механізм формування хромосиліцидних шарів на вуглецевих сталях. Термогравіметричні дослідження на дериватографі зразків зі сталі 45 з хромосиліцидним покриттям показали відсутність зміни маси, що свідчать про їхню жаростійкість до 1000 С. Масометричним методом досліджено вплив температури, часу ізотермічної витримки та марки сталі на жаростійкість хромосиліційованих сталей (20, 45, У10А). Встановлено, що процес окиснення хромосиліційованих сталей підпорядковується параболічному закону зростання захисних плівок у всьому дослідженому температурному інтервалі 700-1000 С, що свідчить про дифузійний механізм процесу. Нанесення на поверхню сталі 45 хромосиліцидного покриття призводить до підвищення її опірності високотемпературній корозії за температур 700, 800 С у 14,0; 23,0 рази, відповідно. Експериментально показано, що жаростійкість хромосиліцидних покриттів, нанесених на вуглецеві сталі, підвищується в ряду: сталь У10А→ сталь 20→сталь 45. Проведеними дослідженнями показано, що підвищення жаростійкості обумовлено утворенням в шарі покриттів оксиду хрому та оксиду силіцію. Рентгеноструктурним аналізом всановлено, що після окиснення протягом однієї години при температурі 1000 С на поверхнях середньовуглецевих сталях з покриттями зберігаються фази карбідів хрому Cr23C6, Cr7C3, твердий розчин хрому та силіцію в - залізі та фіксується поява оксиду хрому Cr2О3 та на глибині 10-15 мкм оксиду силіцію SiО2. Встановлено, що оксид силіцію, розташований на межі розподілу карбідна фаза – твердий розчин хрому та силіцію в -залізі, виконує роль бар’єрного шару, запобігає проникненню кисню вглиб покриття та не дає можливості утворюватися в ньому крихким та корозійно нестійким оксидам заліза. Виявлено, що висока жаростійкість хромосиліцидних покриттів, нанесених на сталь 20 і сталь 45 у порівнянні зі сталлю У10А, пов'язана з невеликим вмістом заліза в їх карбідних фазах, значно більшою часткою в них карбіду хрому Cr23C6 та наявністю оксиду силіцію SiО2 в шарі покриття. На основі проведених розрахунків було побудовано параметричну діаграму жаростійкості хромосиліційованої сталі 45, яка дозволяє провести оцінку її довговічності при різних температурах (800 - 1000 С) та тривалості витримки (1 - 6 годин) в атмосфері повітря. Мікротвердість поверхневого шару хромосилцідного покриття на сталі 45 дорівнює 19,5 ГПа і зменшується до 6,0 ГПа на відстані 40-60 мкм від поверхні, що відповідає шару на основі твердого розчину хрому та силіцію в -залізі. Такий розподіл мікротвердості по перерізу дифузійних шарів сприяє зменшенню внутрішніх напружень в покритті, покращенню його зчеплення з основою та підвищенню корозійної стійкості під впливом механічних напружень та зношування. Встановлено, що швидкість корозії хромосиліційованих сталей 20, 45 і захисні властивості отриманоих покриттів залежать як від природиагресивного середовища, виду деполяризації корозійного процесу, так і часу експозиції зразків у розчинах. Масометричними випробуваннями було виявлено, що хромосиліціювання запропонованим способом призводить до підвищення корозійної стійкості сталі 45 від сульфатної та хлоридної кислот до розчинів солей, технічної води та розчинів оцтової і нітратної икслот. В умовах корозії з водневою деполяризацією (розчини сульфатної та хлоридної кислот) отримані покриття виявляють невисоку захисну дію (=2,1-3,2), значно вищу мають при корозії з кисневою деполяризацією (технічна вода, розчини солей, = 4,6-5,7) та з киснево-водневою деполяризацією (оцтова кислота, = 7,5-18,0) деполяризацією, найбільшу – переважно з окиснювальною деполяризацією (розчини нітратної кислоти, = 12,0-720,0). За довготривалих корозійних випробувань (після 576 годин випробувань) захисна дія хромосиліцидних покриттів у технічній воді, 3% розчині хлориду натрію та оцтовій кислоті зростає і забезпечує підвищення корозійної стійкості вуглецевої сталі 45 в 8,5-18,0 разів. Високу захисну дію вуглецевих сталей при довготривалих випробуваннях (1522 годин) показали хромосиліцидні покриття у розчинах нітратної кислоти ( =99,98%). Виявлено, що з підвищенням часу експозиції покриттів у розчинах сульфатної і хлоридної кислот їхня захисна дія знижується, що пов’язано з відновленням оксидних плівок Cr2O3, SiO2 та утворенням гальванічної пари покриття – основа. У воді, розчинах 3%NaCl, оцтовій та нітратній кислоті захисна дія покриттів з часом підвищується за рахунок утворення на поверхні та в глибині покриття оксидних плівок хрому та силіцію, які мають високу хімічну стійкість у цих розчинах. Результати вольтамперометричних досліджень показали, що у розчинах сульфатної та хлоридної кислот корозія сталі 45 та сталі 45 з покриттям протікає в активній області з водневою деполяризацією. Процес виділення водню на сталі 45 без покриття та сталі з покриттям у розчинах кислот описуються рівнянням Тафеля. Виявлено, що дифузійне хромосиліціювання сталі призводить до підвищення швидкості катодноїреакції корозійного процесу (внаслідок низької перенапруги виділення водню на карбідах хрому (Cr23C6, Cr7C3) і до гальмування анодної реакції розчинення сталі за рахунок високої хімічної стійкості карбідів хрому у розчинах сульфатної та хлоридної кислоти. У 3% розчині NaCl корозія сталі 45 з покриттям протікає з кисневою деполяризацією. Нанесення на поверхню сталей хромосиліцидних покриттів призводить до гальмування як катодної реакції корозійного процесу (за рахунок гальмування швидкості діфузії кисню крізь дифузійний шар), так і анодної (за рахунок високої хімічної стійкості карбідів хрому). У розчинах оцтової кислоти корозія протікає зі змішаною воднево-кисневою деполяризвцією. Виявлено, що нанесення на поверхню сталі 45 хромосиліцидного покриття призводить до гальмування процесу відновлення кисню та виділення водню, та анодного розчинення її в активній області та в області пасивного стану. У розчинах нітратної кислоти корозійний процес протікає за рахунок відновлення аніонів кислоти. Показано, що нанесені на поверхню сталей покриття зменшують швидкість катодної та анодної реакцій процесів корозії. Триботехнічні дослідження показали, що процес дифузійного насичення хромом та силіцієм призводить до підвищення зносостійкості сталі 45 в умовах абразивного зношування 13,0 разів. в умовах тертя без змащувального матеріалу 7,5 разів, що пов’язано з високою мікротвердістю хромосиліцидних покриттів. Запропоновано ефективні способи підвищення корозійної стійкості вуглецевих сталей (20, 45, У10А) з хромосиліцидними покриттями в водних агресивних середовищах за рахунок окиснення їхніх поверхневих шарів в атмосфері повітря або введення у розчини кислот окисників (молібдату натрію, молібдату амонію). Виявлено, що після ізотермічної витримки сталі 45 з хромосиліцидним покриттям протягом однієї години при температурах 873К і 1023К в атмосфері повітря коефіцієнти гальмування корозії у 10% H2SO4 та 10% HCl досягають значень 39,0; 122,0 та 42,0; 141,0, в той час, як для неокиснених покриттів вони не перевищують 2,2 та 3,2, відповідно. Зпідвищенням часу ізотермічної витримки сталі 45 з хромосиліцидним покриттям до двох годин за тих самих температур коефіцієнти гальмування корозії у розчинах сульфатної та хлоридної кислот дорівнюють 68,0-298,0 та 84,0-180,0, відповідно. Тривалою експозицією у розчинах кислот (до 720 годин) покриттів окисненних в атмосфері повітря при температурах 873К і 1023К підтверджено їх високу корозійну стійкість (ступінь захисту сягає =98,99%). Вольтамперметричними дослідженнями показано, що в розчинах сульфатної кислоти хромосиліцидні покриття, які були окиснені при температурі 750 С протягом однієї години мають більш позитивний Ес - потенціал, ніж неокисненні; характеризуються стійким пасивним станом, що вказує на їх високі захисні властивості у широкому інтервалі потенціалів. Показано, що ізотермічна витримка хромосиліцидних покриттів протягом однієї-двох годин при температурі 1023К забезпечує ступінь захисту вуглецевих сталей 20, 45, У10А від корозії у розчинах сульфатної та хлоридної кислот на рівні 99,0-99,8 %. Іншим ефективним способом підвищення корозійної стійкості вуглецевих сталей (20, 45, У10А) з хромосиліцидними покриттями є введення у розчини кислот окисників. Показано, що введення у 10% розчини сульфатної, хлоридної кислот окисника (3-5 г/л молібдату натрію або 3-5 г/л молібдату амонію) підвищує корозійну стійкість хромосиліційованої сталі 45 у 6,0-17,0; 36,0-124,0 разів, відповідно. Виявлено, що введення молібдату натрію до розчину сульфатної кислоти призводить до значного підвищення поляризації катодної реакції корозії хромосиліційованої сталі 45, зміщенню її Ес - потенціалу в область позитивних значень, зниженням (2-2,5 порядки) струму пасивації. Лабораторними випробуванням на кафедрі прикладної механіки та інженерії матеріалів Національного авіаційного університету (м. Київ) доведена доцільність нанесення хромосиліцидних покриттів запропонованим способом на поверхню вуглецевих сталей для підвищення їх корозійної стійкості та зносостійкості.Використання запропонованих способів підвищення працездатності робочих елементів обладнання в машинобудуванні, хімічній та інших галузях промисловості (втулки, клапани, осі, диски) дозволить замінити дорогі високолеговані сталі на більш дешеві вуглецеві сталі з дифузійними хромосиліцидними покриттями.Документ Відкритий доступ Управління інтеграцією відновлюваних джерел енергії до розподільних електричних мереж(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Степаненко, Віталій Анатолійович; Замулко, Анатолій ІгоровичСтепаненко В.А. Управління інтеграцією відновлюваних джерел енергії до розподільних електричних мереж. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії у галузі знань 14 Електрична інженерія за спеціальністю 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Четвертий енергетичний пакет Європейського Союзу був прийнятий для зміцнення енергетичної безпеки, зниження залежності від зовнішніх енергоносіїв і забезпечення функціонування внутрішнього енергетичного ринку. Тому розвиток відновлюваних джерел енергії в Україні відповідатиме міжнародним стандартам, принципам та практикам Європейського Союзу, а також задовольнятиме потреби суспільства та національної економіки в паливноенергетичних ресурсах у економічно ефективний, технічно надійний, екологічний та безпечний спосіб, гарантуватиме енергетичну безпеку як в мирний час, так і в умовах надзвичайних ситуацій. Проте варто зазначити, що існуючі режими роботи розподільних електричних мереж можуть відповідати вимогам і стандартам лише минулих десятиліть і не в змозі задовольнити нові завдання та майбутні виклики, зокрема і характеристики нових відновлюваних джерел енергії. Наразі в різних країнах застосовується широкий спектр стратегій стимулювання та управління. Проте, який з різних інструментів є найбільш ефективним та дієвим для збільшення частки відновлюваних джерел енергії, все ще залишається темою досліджень, оскільки кожний механізм має свій ряд переваг та недоліків, а також специфіку застосування. Спільним для таких механізмів є те, що вони повинні реалізуватися в ринковий спосіб без втручання в господарську діяльність суб’єктів та з максимальною користю для енергосистеми.Технічні умови є важливим інструментом регулювання відносин між операторами системи розподілу та власниками відновлюваних джерел енергії. Вони регламентують технічні аспекти підключення таких джерел до електромережі та виступають моделлю взаємодії двох сторін. Технічні умови, попри їх важливість, покривають лише технічну сторону питання приєднання відновлюваних джерел енергії до мережі. Вони забезпечують початкову відповідність параметрів об’єктів відновлюваних джерел енергії до вимог мережевої інфраструктури, таких як рівні напруги, допустимі коливання частоти, пропускна здатність мережі тощо. Проте технічні умови не враховують довгострокового впливу роботи відновлюваних джерел енергії на функціонування енергосистеми та не передбачають механізмів контролю чи відповідальності за можливе погіршення умов її експлуатації. Дисертація спрямована на підвищення ефективності управління інтеграцією відновлюваних джерел енергії до розподільних електричних мереж шляхом застосування ринкових механізмів. У такій системі кожен учасник буде нести фінансову відповідальність за вплив на стан мережі, сплачуючи за створені ним погіршення. Це дозволить збалансувати інтереси операторів системи розподілу і власників відновлюваних джерел енергії, сприяти відповідальній генерації та стимулювати мінімізацію негативних технічних наслідків для енергосистеми. Для цього в роботі здійснено оцінку ризиків функціонування розподільних мереж при інтеграції відновлюваних джерел енергії шляхом визначення коефіцієнта ефективності інтеграції, який базується на комплексному аналізі параметрів мережі і котрий, на відміну від інших показників, дає можливість системно оцінювати та контролювати вплив таких електроустановок на мережу. Для підвищення ефективності функціонування мереж систем розподілу електричної енергії при інтеграції ВДЕ в умовах запровадження 4-го енергетичного пакету в дослідженні використано диференціацію тарифів на послуги з розподілу електроенергії за рівнем коефіцієнта ефективності інтеграції відновлюваних джерел енергії. Здійснено адаптацію циклу Демінга для вирішення проблем неконтрольованого функціонування відновлюваних джерел енергії, що стало можливо завдяки впровадженню механізму управління їх інтеграцією в електричну мережу.Документ Відкритий доступ Алгоритмічне та програмне забезпечення технології створення цифрових двійників медико-біологічних об’єктів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Песчанський, Владислав Юрійович; Сулема, Євгенія СтаніславівнаПесчанський В.Ю. Алгоритмічне та програмне забезпечення технології цифрових двійників медико-біологічних об’єктів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 12 Інформаційні технології за спеціальністю 121 Інженерія програмного забезпечення. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Цифрові двійники набувають дедалі більшого поширення у сфері медицини, оскільки вони дозволяють створити динамічну цифрову модель реального медико-біологічного об’єкта, відображаючи як анатомічні, так і функціональні аспекти його роботи. Ця технологія передбачає інтеграцію даних із різних джерел (медичні зображення, відеоендоскопія, аудіодані, сенсорні показники) у єдину інформаційну структуру, що описує стан і динаміку об’єкта. Цифровий двійник при цьому здатен оновлюватися у режимі реального часу, відображаючи зміни фізіологічних характеристик та надаючи можливість досліджувати, прогнозувати та моделювати розвиток патологічних процесів. Незважаючи на значний прогрес у цій сфері, існують проблеми уніфікації форматів даних, відсутність узагальнених підходів до представлення мультимодальних темпоральних сигналів та складнощі з інтеграцією технологій цифрових двійників у медичні інформаційні системи. Також потребують уваги питання анонімізації та безпеки медичних даних, стандартизації програмної архітектури, а також адаптації базових 3D-моделей під індивідуальні особливості конкретного пацієнта. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності процесів проєктування медичних інформаційних систем на основі технології цифрових двійників за рахунок розроблення алгоритмічного та програмногозабезпечення для оброблення мультимодальних темпоральних даних про медико-біологічний об’єкт. Для досягнення цієї мети було розроблено метод синхронізації та семантичного аналізу темпоральних мультимодальних медико-біологічних даних, метод адаптації базової 3D-моделі медикобіологічного об’єкта, розроблено узагальнену архітектуру програмної системи для створення і використання цифрових двійників медикобіологічних об’єктів а також архітектурні шаблони проєктування для розроблення програмних систем на основі цифрових двійників медикобіологічних об’єктів. У першому розділі дисертації проаналізовано відомі методи обробки даних про медико-біологічні об’єкти, підходи до створення цифрових двійників та вимоги до програмного забезпечення. Виявлено проблеми у представленні мультимодальних даних і визначено ключові критерії для забезпечення високої точності та функціональності цифрових двійників. У другому розділі розроблено методи синхронізації темпоральних мультимодальних даних, а також семантичного аналізу та інтеграції інформації. Запропоновано використання семантичних графів та онтологій, а також графових нейронних мереж для ефективного виявлення закономірностей та прогнозування поведінки. Обґрунтовано застосування нормалізації, синхронізації сигналів, крос-кореляційного аналізу й інтеграції даних у графовій моделі. У третьому розділі розроблено метод адаптації базової 3D-моделі медико-біологічного об’єкта. Застосовано 3D-згорткові нейронні мережі для аналізу просторово-часових залежностей у відеопотоці та потоці аудіоданих. Інтегровано мультимодальний підхід, що дає змогу поєднувати інформацію з різних джерел для персоналізованого моделювання стану медико-біологічного об’єкта та його візуалізації. У четвертому розділі розроблено архітектуру медичної програмної системи на основі технології цифрових двійників. Запропонованомікросервісний підхід, використання контейнеризації, засобів безпеки, анонімізації та автоматизації тестування (CI/CD) для забезпечення масштабованості, надійності та високої якості програмного забезпечення. Описано можливості інтеграції з існуючими медичними системами, принципи проєктування інтерфейсів візуалізації та ролей користувачів у системі. У дисертаційній роботі отримано низку нових наукових результатів, зокрема, уперше розроблено узагальнену архітектуру програмної системи для створення і використання цифрових двійників медико-біологічних об’єктів, характерними рисами якої є поєднання мультимодальних темпоральних даних у форматі, який підтримує двосторонню інтеграцію з фізичним об’єктом через давачі, актуатори та інші програмно-апаратні засоби, що надає можливість перейти від фрагментарного оброблення окремих типів даних до цілісної моделі, яка може оновлюватися в реальному часі. Уперше розроблено метод синхронізації темпоральних мультимодальних даних, характерною рисою якого є поєднання відео та аудіо у єдиний потік даних, що забезпечує узгодження даних різної модальності та, у такий спосіб, спрощує процес створення цифрового двійника медико-біологічного об’єкта на основі даних, які надходять з давачів різних типів. Уперше розроблено метод семантичного аналізу для виявлення кореляцій між наборами даних та прогнозування поведінки програмноапаратних компонентів цифрового двійника, характерними рисами якого є застосування графових баз даних та алгоритмів машинного навчання, що дає змогу об'єднувати дані з різних джерел (пацієнти, пристрої, записи) в єдину онтологічну модель, що забезпечує автоматизоване виявлення залежностей у даних про медико-біологічний об’єкт, а також надаєінструменти для прогнозування стану програмно-апаратного забезпечення цифрового двійника. Удосконалено теоретичні засади оброблення просторово-часових параметрів медико-біологічного об’єкта для побудови його цифрового двійника, що полягає у застосуванні тривимірних згорткових нейронних мереж (3D-CNN) та рекурентних архітектур для оброблення відео- та аудіоданих та, на відміну від відомих підходів, дає змогу забезпечити комплексний аналіз динамічних змін структури та функціонування медикобіологічного об’єкта з врахуванням його індивідуальних анатомічних особливостей та динаміки. Уперше розроблено архітектурні шаблони проєктування для розроблення програмних систем на основі цифрових двійників медикобіологічних об’єктів, які, на відміну від відомих, орієнтовані на оперування складними наборами мультимодальних темпоральних даних, інтегрованих у єдину семантичну модель, що дає змогу спростити процес розроблення, обслуговування та масштабування медичних програмних систем. Основні наукові результати дисертаційної роботи опубліковано у наукових працях, зокрема у 4 наукових статтях, опублікованих у фахових виданнях, включених до переліку наукових фахових видань України з присвоєнням категорії «Б», та у 2 матеріалах наукової конференції.Документ Відкритий доступ Метод та засіб конструювання трафіку в програмноконфігурованих мережах на основі штучного інтелекту(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Коренко, Дмитро Володимирович; Кулаков, Юрій ОлексійовичКоренко Д. В. Метод та засіб конструювання трафіку в програмноконфігурованих мережах на основі штучного інтелекту. − Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 12 Інформаційні технології за спеціальністю 123 Комп’ютерна інженерія. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена розробці комплексного методу конструювання трафіку в програмноконфігурованих мережах на основі методів штучного інтелекту, що дозволяє підвищити продуктивність та ефективність конструювання трафіку у програмноконфігурованих мережах (SDN) та покращити якість обслуговування (QoS) за рахунок використання методів штучного інтелекту для побудови маршрутів передачі трафіку та його балансування. Було отримано ряд нових наукових результатів, зокрема, запропоновано та обґрунтовано удосконалену архітектуру системи конструювання трафіку в програмноконфігурованих мережах на основі методів штучного інтелекту, застосування якої дозволяє спростити процес балансування трафіку в мережі та яка, на відміну від існуючих методів, забезпечує можливість використання різних показників для балансування навантаження в залежності від типу мережі та вимог до неї. Отримав подальший розвиток метод обрахунку ознак для вибору шляху в програмноконфігурованих мережах з урахуванням особливостей даного типу мереж та вимог, що виносяться до них. Розроблено модель нейронної мережі для її використання у задачах конструювання трафіку, а саме балансування навантаження, у програмноконфігурованих мережах. Розроблену нейронну мережу було треновано на наборі даних IP Network Traffic Flows Labeled with 75 Apps. Оптимізовано модель нейронної мережі для її використання у задачах балансування навантаження. Експериментальним методом було визначено оптимальну конфігурацію та налаштування нейронної мережі для запобігання перенавчення та отримання високої точності прогнозування оптимального шляху. Проведено аналіз результатів застосування запропонованого методу конструювання трафіку в програмноконфігурованих мережах на основі методів штучного інтелекту, що включає в себе оптимізацію роботи нейронної мережі для виконання задач динамічного балансування трафіку в мереж, підвищення ефективності балансування навантаження в мережі в залежності від обраних ознак шляху та запобігання неконтрольованої зміни навантаження шляху в мережі (джитеру) при передачі потоку даних. За результатами застосування розробленого методу було досягнуто кращу продуктивність мережі на 14%. Розроблений метод оптимізації нейронної мережі є складовою комплексного методу конструювання трафіку в SDN мережах і дозволяє оптимізувати модель нейронної мережі до використання в програмноконфігурованих мережах в залежності від висунутих вимог.Документ Відкритий доступ Метод підтримки зв’язності мобільної мережі сенсорів спрямованої дії із використанням телекомунікаційних аероплатформ різнорівневого розташування(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Сушин, Ігор Олексійович; Лисенко, Олександр ІвановичСушин І.О. Метод підтримки зв’язності мобільної мережі сенсорів спрямованої дії із використанням телекомунікаційних аероплатформ різнорівневого розташування. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 17 «Електроніка та телекомунікації» за спеціальністю 172 «Телекомунікації та радіотехніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2025. За матеріалами дисертації опубліковано: 46 робіт. З яких 19 – це статті у журналах, що входять до переліку фахових видань затверджених МОН України за спеціальністю дисертації або у періодичних виданнях іноземних держав, 14 - публікації у матеріалах конференцій, у тому числі, міжнародних, 4 колективні монографії, 3 статті в інших журналах, що входять до переліку фахових видань затверджених МОН України, 5 свідоцтв про реєстрацію авторського права на твір та 1 посібник. Результати досліджень в дисертаційній роботі є важливим внеском у розвиток мобільних сенсорних мереж (МСМ) із використанням телекомунікаційних аероплатформ (ТА), зокрема завдяки використанню сенсорів спрямованої дії та двох послідовних рівнів телекомунікаційних аероплатформ різного просторового розташування та енергетичного забезпечення. Зміст дисертації викладено у чотирьох розділах у кожному з яких наведено висновки проведених досліджень. У першому розділі було проведено аналіз сучасних методів організації інфраструктури мобільної сенсорної мережі, а саме: особливості архітектури БСМ, МСМ (необхідність великої кількості вузлів для покриття територій значного розміру, їх обмежені ресурси, вибір оптимальної топології тощо), передачі інформації в умовах відсутності телекомунікаційної інфраструктури під час стихійних лих, катастроф, війн (із використанням мобільних базових станцій, транспортних засобів, телекомунікаційних аероплатформ), необхідні для цього апаратні засоби, протоколи обміну даних та інше. Вдосконалення існуючих мобільних сенсорних мереж із використанням телекомунікаційних аероплатформ (тобто наземно-повітряних мереж) було визначено ключовим напрямком, який є найбільш універсальним способом передачі даних. Розглянувши існуючі алгоритми і методи обміну та збору інформації у даних мережах зроблено висновок, що актуальні задачі можуть бути вирішено лише частково або недостатньо ефективно. Як наслідок, визначено цілі досліджень і поставлена задача багатокритеріального вдосконалення. У другому розділі розглянуто структуру та принципи функціонування існуючої на сьогодні системи прототип (мобільної сенсорної мережі з використанням одного рівня телекомунікаційних аероплатформ): особливості організації та моделі польоту, алгоритми розрахунку місць обміну інформації, кластеризації МСМ, визначено недоліки алгоритмів обміну і збору даних, що дало розуміння актуальності та необхідності подальшого розвитку систем даного типу. Як наслідок, представлено підхід у пошуку подальших напрямків вдосконалення методичного апарату стосовно пошуку найкращих дій щодо використання безпроводовових сенсорних мереж загалом та мобільних сенсорних мереж зокрема. Висунуто ідею створення структури наземно-повітряної мережі, що використовує сенсори спрямованої дії та різнорідні телекомунікаційні аероплатформи (гелікоптерного та літакового типів) різнорівневого розташування для підвищення ефективності функціонування в умовах відсутності телекомунікаційної інфраструктури (тобто в умовах надзвичайної ситуації). Розроблено математичну модель і метод завдяки якому можливо забезпечити підтримку зв’язності вузлів мобільної мережі сенсорів спрямованої дії (ММССД) з використанням телекомунікаційних аероплатформ (ТА) різнорівневого розташування із досягненням переваг над існуючими мобільними сенсорними мережами (МСМ) з ТА за наступними критеріями: швидкості та часі передачі інформації, кількості безпосередньо задіяних ТА. Обчислення скалярних складових векторного критерію виконувалося за допомогою алгоритмічно заданої моделі. Результати розрахунків показали, що оптимізація за векторним критерієм із використанням запропонованого методу дала покращення порівняно із прототипом від 2% до 43%. Третій розділ присвячено апаратній реалізації запропонованого методу. Проведено аналіз антен спрямованої та всеспрямованої дії, які використовуються для мобільних пристроїв і зокрема в сенсорних вузлах. Визначено переваги та недоліки кожного типу, а також перспективи подальшого розвитку напрямку сенсорів спрямованої дії у наземно-повітряних мережах із застосуванням телекомунікаційних аероплатформ. Проведено розрахунок максимальної довжині лінії зв’язку ТА-вузол (або між ТА двох рівнів), що підтверджується порівняльним комп’ютерним моделюванням у середовищі Atoll. Запропоноване апаратне вдосконалення (завдяки застосуванню сенсорів спрямованої дії) дозволяє у 3.9-4.6 рази збільшити відстань передачі інформації зі збереженням кількості бітових помилок в одиницю часу або збільшити швидкість передачі інформації у 1.7-3.5 рази порівняно із існуючими МСМ із ТА. Четвертий розділ присвячено імітаційному моделюванню та оцінці ефективності запропонованого методу підтримки зв'язності мобільної мережі сенсорів спрямованої дії із використанням телекомунікаційних аероплатформ різнорівневого розташування згідно визначеного переліку критеріїв (із переліку методичних рекомендацій МСЕ-Р та програмного комплексу Matlab). Побудовано дві математичні моделі: існуюча система прототип (МСМ з сенсорами всеспрямованої дії із використанням одного рівня ТА) і система запропонована в дисертації (ММССД із використанням ТА дворівневого розташування). Результати представлені у вигляді графіків та загальної таблиці, що показують покращення запропонованого методу за всіма визначеними критеріями.Документ Відкритий доступ Розробка біоінженерних засобів магнітної нанотераностики експериментальної злоякісної пухлини(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Орел, Валерій Бінгович; Галкін, Олександр ЮрійовичОрел В.Б. Розробка біоінженерних засобів магнітної нанотераностики експериментальної злоякісної пухлини. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 163 – Біомедична інженерія. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Актуальність теми дослідження. За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я, у світі щороку виявляється близько 20 мільйонів нових випадків злоякісних новоутворень, з яких 9,7 мільйонів випадків є летальними. За даними Національного канцер-реєстру України, загальна кількість випадків онкологічного захворювання сягнула понад 106 тисяч за 2022 рік, а частка хворих, що не прожили одного року, з числа вперше виявлених перевищила 23%. Найбільша частка у нозологічній структурі зареєстрованих випадків у жінок припадає на злоякісні новоутворення грудної залози, з якими пов’язано майже 15% усіх смертей від злоякісних новоутворень. Результати попередніх досліджень вказують на вищі показники відповіді пухлини на лікування та виживаності у пацієнтів зі злоякісною пухлиною грудної залози після хіміотерапії у комбінації з регіональною індукційною помірною гіпертермією ( 42 °C), ніж у тих, хто отримував лише хіміотерапію. Індукційна гіпертермія використовується для лікування відносно невеликих цільових об’ємів, таких як первинна пухлина, група регіонарних лімфатичних вузлів або солітарний віддалений метастаз. Однак обмеження цього підходу все ще залишаються пов’язаними з локальним впливом на пухлину, гетерогенністю, притаманною злоякісним пухлинам, і побічними ефектами підвищення температури у навколишніх тканинах. Використання магнітних наночастинок у комбінації з індукційною помірною гіпертермією охоплює широкий спектр застосувань для поєднання діагностики та лікування – тераностики злоякісних новоутворень. Магнітні наночастинки, доставлені до пухлини під впливом постійних магнітних полів, підвищують контрастність медичного зображення завдяки різниці в інтенсивності сигналу при магнітно-резонансній томографії, ехогенності й жорсткості при ультразвуковому дослідженні, рентген-щільності при рентгенівській візуалізації між зоною інтересу пухлини та навколишніми тканинами, а також таргетно ініціюють протипухлинний вплив на злоякісні клітини за рахунок магніто-механохімічних і теплових ефектів під дією постійного магнітного та електромагнітного полів. При цьому, цільова температура, необхідна для протипухлинного впливу при індукційній помірній гіпертермії з магнітними наночастинками, є близькою до значення больового порогу, спричиненого нагріванням м’яких тканин у грудній клітці людини. Дослідження зосереджені на комбінації магніто-механохімічних і теплових ефектів демонструють перспективу для подальшої трансляції у клінічне застосування. Сили, які створюють магнітні наночастинки під дією постійного магнітного поля, є значно меншими за компресійну силу під час мамографії, що викликає біль у жінок, проте цих сил достатньо для впливу на злоякісні клітини. Персоналізоване планування індукційної помірної гіпертермії з магнітними наночастинками для кожного пацієнта вимагає визначення розподілу магнітних наночастинок та біомеханічних параметрів пухлини. Водночас відомі біоінженерні засоби достатньо обмежені щодо можливості персоналізації магніто-механохімічних ефектів у злоякісних пухлинах, що призводить до звуження області використання магнітної нанотераностики злоякісних новоутворень. Метою роботи було обґрунтувати та розробити біоінженерні засоби з магнітними наночастинками для реалізації протипухлинного впливу і радіологічної візуалізації експериментальної злоякісної пухлини. Для досягнення поставленої мети було вирішено наступні завдання. 1. Проаналізувати наукову та патентну літературу щодо магнітомеханохімічних ефектів, ініційованих впливом магнітних наночастинок з електромагнітним опроміненням, і радіологічної візуалізації злоякісних пухлин. 2. Розробити дизайн пристрою для реєстрації та дослідити механолюмінесценцію злоякісних клітин, ініційовану впливом магнітних наночастинок і ротаційного магнітного поля. 3. Розробити дизайн тканинноеквівалентного фантома грудної залози, провести його радіологічну візуалізацію та текстурний аналіз отриманих зображень для персоналізованого планування індукційної помірної гіпертермії з постійним магнітним полем і магнітними наночастинками. 4. Дослідити комбінований вплив індукційної помірної гіпертермії, постійного магнітного поля з застосуванням магнітно-дипольного аплікатора та магнітних наночастинок на радіологічну візуалізацію, текстурні параметри отриманих зображень, редокс-стан і кінетику росту експериментальної моделі злоякісної пухлини. Наукова новизна отриманих результатів. Уперше розроблено пристрій та проведено реєстрацію ініційованої впливом магнітних наночастинок і ротаційного магнітного поля механолюмінесценції злоякісних клітин карциносаркоми грудної залози Уокер-256 у рідкому середовищі. Уперше розроблено фантом грудної залози зі злоякісними клітинами аденокарциноми грудної залози MCF-7 для персоналізації планування індукційної помірної гіпертермії з постійним магнітним полем та магнітними наночастинками, проведено його радіологічну візуалізацію із застосуванням текстурного аналізу розподілу кластерів магнітних наночастинок на отриманих зображеннях. Уперше досліджено вплив магнітних наночастинок на основі оксиду заліза і золота, навантажених протипухлинним препаратом доксорубіцином, у комбінації з магнітно-дипольним аплікатором для індукційної помірної гіпертермії на радіологічну візуалізацію, текстурні параметри, рівні убісеміхінону, супероксидного радикала, оксиду азоту та кінетику росту карциносаркоми Уокер-256. Отримані результати доповнюють сучасні біоінженерні рішення щодо персоналізації магніто-механохімічного ефекту магнітних наночастинок під впливом електромагнітного опромінення при тераностиці злоякісних пухлин. Практичне значення отриманих результатів. Оцінка механолюмінесценції з використанням запропонованого пристрою може слугувати додатковим кількісним параметром магніто-механохімічного ефекту в злоякісних клітинах при магнітній нанотераностиці для покращення точності медичної діагностики й терапії. Запропонована конструкція фантома може бути використана для планування індукційної помірної гіпертермії злоякісних новоутворень грудної залози, де магнітні наночастинки слугують маркером на рентгенівських та ультразвукових зображеннях і водночас локалізатором для впливу електромагнітного опромінення. Результати проведених експериментальних досліджень свідчать, що вплив магнітних наночастинок на основі оксиду заліза та постійного магнітного поля з застосованим магнітно-дипольним аплікатором призводив до зниження величини модуля Юнга пухлини у 2,7 раза при ультразвуковій візуалізації, більш виражених некротичних змін та інгібування кінетики росту карциносаркоми Уокер-256 на 17% у експоненціальній фазі, порівняно з впливом магнітних наночастинок (p < 0,05). Вплив магнітних наночастинок на основі оксиду заліза і золота, навантажених протипухлинним препаратом доксорубіцином, у комбінації з магнітно-дипольним аплікатором для індукційної помірної гіпертермії ініціював збільшення в 1,6 раза медіани інтенсивності та менше абсолютне значення коефіцієнта асиметрії зони інтересу пухлини при магнітно-резонансній візуалізації, підвищення рівнів супероксидного радикала в 1,4 раза, убісеміхінону – у 2,1 раза, зниження рівня вільного радикала оксиду азоту в 1,2 раза та на 14% більш виражене інгібування кінетики росту карциносаркоми Уокер-256 у термінальній фазі, ніж самостійна дія офіцинального доксорубіцину (p < 0,05). Розроблені біоінженерні засоби з магнітними нанокомпозитами використано для технології нанотераностики в лабораторії електронно-променевої нанотехнології неорганічних матеріалів для медицини Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона Національної академії наук України та у викладанні дисциплін “Біофізика” та “Радіаційна безпека і дозиметрія” для здобувачів першого (бакалаврського) рівня вищої освіти спеціальностей 163 – Біомедична інженерія та 122 – Комп’ютерні науки на факультеті біомедичної інженерії Національного технічного університету України «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Основні положення роботи викладено у 20 наукових працях, у тому числі у 5 статтях, включених до міжнародних наукометричних баз даних Scopus та Web of Science, в 1 статті у науковому фаховому виданні України у галузі біомедичної інженерії, в 1 статті у науковому фаховому виданні України у галузі медичних наук, у 2 патентах України та в 11 тезах конгресів, з’їздів, наукових конференцій. Перший розділ дисертаційної роботи «Аналітичний огляд літератури» наводить аналіз наукової та патентної літератури щодо обґрунтування використання магнітних наночастинок для протипухлинного впливу на основі магніто-механохімічного та теплового ефектів при електромагнітному опроміненні і методів радіологічної візуалізації злоякісних пухлин. Другий розділ дисертаційної роботи «Матеріали та методи» включає опис дизайну дослідження, характеристик використаних матеріалів, об’єктів дослідження, запропонованої конструкції та застосування пристрою для реєстрації механолюмінесценції, ініційованої магнітними наночастинками і ротаційним магнітним полем у біологічних об’єктах, розробленого фантома грудної залози та використаного магнітно-дипольного аплікатора для персоналізації індукційної помірної гіпертермії з магнітними наночастинками і постійним магнітним полем. Описано використані методи медичної радіологічної візуалізації (рентгенівський цифровий томосинтез, ультразвукова еластографія, рентгенівська комп’ютерна та магнітно-резонансна томографія) і текстурного аналізу отриманих зображень. Третій розділ дисертаційної роботи «Реєстрація механолюмінесценції злоякісних клітин» містить порівняння спонтанної хемілюмінесценції та механолюмінесценції, ініційованої ротаційним магнітним полем клітин карциносаркоми Уокер-256 з магнітними наночастинками. Четвертий розділ дисертаційної роботи «Протипухлинний вплив індукційної помірної гіпертермії з постійним магнітним полем і магнітними наночастинками та радіологічна візуалізація фантома грудної залози» представляє результати аналізу рентгенівських цифрових томосинтетичних зображень та ультразвукових еластограм фантома грудної залози, а також впливу індукційної помірної гіпертермії з постійним магнітним полем і магнітними наночастинками на життєздатність злоякісних клітин аденокарциноми грудної залози людини лінії MCF-7. П’ятий розділ дисертаційної роботи «Протипухлинний вплив індукційної помірної гіпертермії з постійним магнітним полем і магнітними наночастинками та радіологічна візуалізація карциносаркоми Уокер-256» відображає результати аналізу ультразвукових еластограм, магнітно-резонансних томографічних зображень і впливу індукційної помірної гіпертермії з використанням магнітнодипольного аплікатора та магнітними наночастинками на редокс-стан, кінетику росту і морфологічні зміни експериментальної моделі злоякісної пухлини карциносаркоми Уокер-256.Документ Відкритий доступ Інформаційна технологія управління виробництвом мінеральних добрив(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Нестерук, Андрій Олександрович; Корнієнко, Богдан ЯрославовичНестерук А.О. Інформаційна технологія управління виробництвом мінеральних добрив. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 126 «Інформаційні системи і технології» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена створенню теоретичних та прикладних результатів з розробки інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив з урахуванням вимог зменшення енерговитрат та забезпечення заданої якості готового продукту. Пріоритетом інформаційної технології є забезпечення зменшення енерговитрат для досягнення заданої якості кінцевого продукту. Значна увага приділяється системі управління процесом гранулювання у псевдозрідженому шарі, дослідженню створення та управління хаосу для підвищення інтенсивності тепло- та масообміну. Аналіз результатів існуючих досліджень в галузі управління виробництвом мінеральних добрив свідчить про відсутність на даний час комплексного підходу, який враховував би специфіку управління технологічними процесами виробництва мінеральних добрив. Тому існує нагальна потреба в подальшому дослідженні математичних моделей та систем управління виробництвом мінеральних добрив у грануляторі з псевдозрідженим шаром з метою їх удосконалення. А розробка інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив є надзвичайно актуальною на сьогоднішній день. Таким чином, усе це і зумовило необхідність вирішення актуальної науково-технічної задачі підвищення ефективності виробництва мінеральних добрив, шляхом побудови математичних моделей та систем управління виробництвом мінеральних добрив з урахуванням вимог зменшення енерговитрат та забезпечення заданої якості готового продукту. У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та основні завдання дослідження, наведено відомості щодо зв’язку роботи з наукою темою. Подано анотацію отриманих в дисертації результатів, висвітлено їх наукову новизну і практичну значимість, відзначено особистий внесок здобувача у спільних публікаціях, наведено кількісні показники стосовно опублікованих наукових праць, структури та обсягу дисертації. У першому розділі проведено дослідження розвитку математичних моделей та систем управління процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі, що показує відсутність розгляду ряду особливостей процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі в комплексі. Проведено аналіз підходів до математичного моделювання процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі. Визначено параметри, що мають найбільший вплив на поведінку технологічного процесу. Існуючі математичні моделі не враховують розсіювання енергії при зіткненні та передачу кінетичної енергії від твердої фази до рідкої. Також в даних моделях недостатньо врахована хаотичність процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі. Основним інструментом для підвищення ефективності процесу виробництва мінеральних добрив є вибір системи управління. Узагальнено основні існуючі підходи до побудови системи управління процесом гранулювання у псевдозрідженому шарі. Розглянуті основні методи забезпечення функціональної безпеки на хімічних підприємствах, що є важливою складовою інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив. Результатом огляду результатів досліджень та літературних джерел стали сформульовані задачі, які необхідно виконати для створення ефективної інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив. Другий розділ присвячений створенню трьохфазної математичної моделі процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі та математичної моделі гранулометричного складу. Розроблено трьохфазну математичну модель процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі, яка враховує гідродинаміку псевдозрідженого шару, передачу кінетичної енергії, розсіювання енергії, стиснення крапель з частинками, їх адгезію до поверхні, кінетику висихання розчину на поверхні частинок, розсіювання енергії при зіткненні та передача кінетичної енергії від твердої фази до рідкої. Дана математична модель може використовуватися для розробки систем управління процесом гранулювання у псевдозрідженому шарі. За допомогою реалізації створеної моделі в програмному пакеті MATLAB одержано перехідні характеристики температури процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі. Розроблено математичну модель гранулометричного складу для процесу виробництва гранульованих мінеральних добрив, яка враховує, що умови для росту частинок виконуються лише в зоні холодного змочування під соплом, в зоні змочування температура підвищується від центру до боків, в ізотермічній зоні температура повітря рівномірна, в зоні теплообміну температура гарячого повітря різко падає, зростання частинок визначатиметься розміром змочувальної активної зони та швидкістю перенесення частинок до цієї частини псевдозрідженого шару, в зоні змочування відбувається агломерація. Дана математична модель дозволяє одержати розподіл гранул за розміром в двох реакторах, що дає змогу оцінити якість кінцевого продукту. В третьому розділі виконано дослідження хаосу в процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі та створена система управління хаосом процесу виробництва мінеральних добрив у грануляторі з псевдозрідженим шаром, що дозволяє збільшити хаотичність процесу грануляції у псевдозрідженому шарі для підвищення інтенсивності тепло- та масообміну. Реалізовані системи управління з МРС, PID, LQR та Fuzzy Logicрегуляторами на основі трьохфазної математичної моделі процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі. Також створена система управління з МРС-регулятором на основі математичної моделі гранулометричного складу, яка прискорює утворення гранул заданого розміру під час процесу гранулювання у псевдозрідженму шарі. Четвертий розділ починається зі створення системи захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив з розділенням виробництва на зони, від відділеної зони з доступом через демілітаризовану зону до обмеженої зони для найкритичніших ресурсів. Система захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив забезпечує контрольований доступ і мінімізує можливість загроз для критичних ресурсів. Запропонована математична модель протидії загрозам у системі захисту критичних ресурсів, завдяки якій можна розрахувати імовірності знаходження в одному з шести станів: стан спокою; надійшла загроза 1, але не реалізована; надійшла загроза 2, але не реалізована; загроза 1 реалізована; загроза 2 реалізована; загроза відбита. Розроблено інформаційну технологію управління виробництвом мінеральних добрив, основними компонентами якої є наступні технічні, програмні та організаційно-методичні засоби: математичні моделі процесу виробництва мінеральних добрив, системи управління виробництвом мінеральних добрив, система захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив та математична модель протидії загрозам у системі захисту критичних ресурсів. Використання інформаційної технології виробництва мінеральних добрив дозволило знизити енерговитрати на 7% за рахунок розробки системи управління хаосом, що збільшила інтенсивність тепло- та масообміну у псевдозрідженому шарі. Розроблено методику використання інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив. У висновках подані основні результати дисертаційного дослідження, що відображають результати виконання завдань, що поставлені для формування інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив. Наукова новизна отриманих результатів На підставі теоретичних і практичних досліджень, виконаних у дисертаційній роботі: вперше - розроблено трьохфазну математичну модель процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі з урахуванням гідродинаміки псевдозрідженого шару, передачі кінетичної енергії, розсіювання енергії, стискання крапель з частинками, їх адгезії до поверхні, кінетики сушіння розчину на поверхні частинок, розсіювання енергії при зіткненні та передача кінетичної енергії від твердої фази до рідкої для перевірки наявності детермінованого хаосу; - розроблено систему управління хаосом процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі з визначенням часу прогнозування для забезпечення ефективного тепло- та масообміну; отримала подальший розвиток - математична модель гранулометричного складу, яка враховує умови для росту частинок, підвищення температури від центру до боків в зоні змочування, рівномірність температури теплоносія в ізотермічній зоні, різке падіння температура теплоносія у зоні теплообміну, агломерацію частинок; удосконалено - математичну модель протидії загрозам у системі захисту критичних ресурсів, яка враховує можливість надходження до системи двох загроз для налаштування системи захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив; - інформаційну технологію управління виробництвом мінеральних добрив, основними компонентами якої є наступні засоби: математичні моделі процесу виробництва мінеральних добрив, системи управління виробництвом мінеральних добрив, система захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив, математична модель протидії загрозам у системі захисту критичних ресурсів. Практичне значення отриманих результатів Розроблені в дисертаційній роботі математичні моделі та системи управління стали основою для створення інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив, що забезпечує зниження енерговитрат за рахунок розробки системи управління хаосом, що збільшила інтенсивність тепло- та масообміну у псевдозрідженому шарі. Практично вагомими вважаються такі результати: - трьохфазна математична модель процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі; - система управління хаосом процесу виробництва мінеральних добрив у грануляторі з псевдозрідженим шаром; - інформаційна технологія управління виробництвом мінеральних добрив. Результати дисертаційної роботи апробовано і використано у таких організаціях та установах: - у навчальному процесі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» під час викладання дисциплін «Програмування. Частина 2. Структура даних та алгоритми», «Алгоритми та математичні методи захисту інформації»; - результати виконання держбюджетної науково-дослідної роботи «Інформаційна технологія захисту критичних ресурсів» (№ 0121U110809) у навчальному процесі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» під час викладання дисциплін «Проектування інформаційних систем», «Управління проєктами»; - у Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України для впровадження в інформаційно-аналітичну систему «АГРОТЕП». Дані про впровадження підтверджено відповідними документами.Документ Відкритий доступ Методи та програмні засоби пришвидшення донавчання класифікатора для діагностики захворювань за зображеннями(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Смілянець, Федір Андрійович; Фіногенов, Олексій ДмитровичСмілянець Ф.А. Методи та програмні засоби пришвидшення донавчання класифікатора для діагностики захворювань за зображеннями. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 121 – Інженерія програмного забезпечення з галузі знань 12 – Інформаційні технології. – Національний Технічний Університет України «Київський Політехнічний Інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена розробці методу класифікації медичних зображень, що спрямований на уникнення зміни топології згорткової нейронної мережі при додаванні нових класів, дозволяючи знизити накладні витрати часу на їх підтримку, та методу організації обчислень за допомогою потоків робіт, який будує граф потоку під час його виконання, чим дозволяє мінімізує час на впровадження змін у систему. Вчасна розробка та доступність засобів тестування на інфекційні захворювання є фундаментальним компонентом контролю над епідеміями та пандеміями на кожному етапі поширення хвороби. Доступна та швидка діагностика є ключовою для своєчасності виявлення спалахів інфекції, і, як наслідок, визначення переліку та ізоляції контактних осіб чи запровадження карантинних обмежень на певній території. Упереджувальна розробка інструментів виявлення захворювань, а також пошук підходів для прискорення їх отримання та впровадження є важливим для контролю над епідеміями в майбутньому. Одним зі способів виконання діагностики є аналіз медичних зображень за допомогою згорткових нейронних мереж. Однак, така класифікація призводить до необхідності у зміні топології моделі при виникненні потреби у додаванні нових класів. Це обмеження можна подолати через використання проміжних даних – вкладених представлень, що генеруватимуться нейронною мережею, та виконання класифікації за ними. Таким чином, нейронна мережа може бути дотренована для підтримки нового класу без зміни її топології. Алгоритми машинного навчання, щовиконують класифікацію можуть бути перетреновані для підтримки більшої кількості класів без втручання у код та за відносно короткий час. У той час як проєктування та тренування нейронних мереж широко висвітлюється в науковій літературі щодо виконання діагностики за допомогою аналізу зображень, питання практичної інтеграції моделей у програмне забезпечення практично не розглядається. Важливим аспектом засобу для діагностики є швидкість адаптації системи до появи нових захворювань. Відтак, є потреба у зменшенні зусиль, необхідних для додавання чи модифікацію методу діагностики, який виконується у засобі. Оскільки потоки робіт дозволяють інкапсулювати окремі етапи обробки даних та гнучко змінювати їх послідовність без втручання в код системи, їх використання значно зменшує час та складність впровадження змін. Потоки робіт є впорядкованими структурованими представленнями багатокрокових обчислювальних задач. Типовою моделлю для них є спрямовані ациклічні графи, вершини яких є певними операціями над даними, а ребра – перетікання виходів одних операцій у входи інших. Такий граф, що складається з вхідних даних, та їх послідовних перетворень за допомогою окремих вершин (також – кроків або інструментів), також часто називається пайплайном (англ. pipeline). Існуючі системи керування потоками робіт вимагають статичного визначення графу потоку робіт розробником системи. Існування даних статичних визначень уповільнює внесення змін. Одним зі способів вирішення даної проблеми є динамічне створення та обчислення потоків робіт виходячи з наданих даних та інструментів для їх обробки і перетворення, що дозволить розширяти існуючі засоби класифікації захворювань без втручання або мінімальним втручанням людини (фахівця). Метою дисертаційної роботи є зменшення часу адаптації програмного забезпечення аналізу медичних зображень для діагностики на основі алгоритмів машинного навчання. У першому розділі дисертаційної роботи проведено аналіз засобів та методів діагностики захворювань за допомогою класифікації знімків комп’ютерної томографії, та розглянуто існуючі системи керування потоками робіт. За результатами аналізу літературних джерел виділено найбільш результативні архітектури нейронних мереж та окреслено проблеми, що пов’язані з аналізом результатів. Розглянуто способи інтеграції нейронних мереж у програмне забезпечення та обґрунтовано використання потоків робіт. Проведено порівняльний аналіз сучасних систем керування потоками робіт. У другому розділі запропоновано можливість використання вкладених представлень для вирішення задачі класифікації зображень КТ. Запропоновано модифікацію існуючої нейронної мережі для побудови вкладених представлень та доведено можливість додавання нових класів без істотної втрати точності. Розроблено математичну модель для обрахунку часу на побудову класифікатора та наведено умови, що визначають його ефективність. У третьому розділі запропоновано метод для динамічної побудови графу потоку робіт під час його виконання, який дозволяє уникнути необхідності у його статичному визначенні вручну. Для запропонованого методу визначено основні сутності. Розроблено модель обрахунку часу виконання потоку робіт. Імітаційним моделюванням показано, що часом роботи алгоритму можна знехтувати відносно часу на корисні обчислення. Розроблено систему керування потоками робіт, що реалізує запропонований метод з використанням системи Kubernetes для розподілених кластерних обчислень та можливістю горизонтального масштабування. Проведено аналіз швидкодії системи та доведено її практичну застосовність. Розроблено математичну модель оцінки часу на побудову потоків робіт за запропонованим методом та наведено умови, що визначають межі ефективності його використання. У четвертому розділі виконано проєктування та реалізацію програмного забезпечення аналізу зображень КТ для діагностики захворювань. Представлено архітектуру програмного забезпечення. Розроблено низку обчислюючих засобів системи керування потоками робіт для виконання класифікації зображень комп’ютерної томографії, у тому числі за допомогою вкладених представлень. Реалізовано сервер та інтерфейс користувача системи. Наведено опис функціональності системи. Результати, отримані у дисертаційному дослідженні, містять наукову новизну – вперше запропоновано метод динамічного конструювання потоків робіт під час їх виконання, який відрізняється від наявних автоматичною побудовою графу виконання, що дозволяє виключити етап визначення статичного потоку робіт та зменшити час на впровадження змін у програмне забезпечення; – удосконалено метод класифікації зображень шляхом використання вкладених представлень, що дозволяє додавання нових класів без зміни топології нейронної мережі; – удосконалено математичну модель для оцінки часу адаптації програмного забезпечення класифікації зображень шляхом врахування складових часу модифікації класифікатора та побудови графу потоку робіт, що дає можливість порівнювати швидкості впровадження змін у програмне забезпечення та здійснювати обгрунтований вибір методів та архітектурних рішень. Розроблено хмарне програмне забезпечення для автоматизованої діагностики захворювань за допомогою аналізу знімків КТ. Запропоновані методи, застосовані у програмному засобі, дозволяють швидке дотренування та розширення для підтримки нових методів, розпізнавання нових захворювань тощо. Представлений метод динамічного конструювання потоків робіт та система на його основі можуть бути використані як заміна поточних систем організації обчислень у сфері біоінформатики, у тому числі для проведення геномних розрахунків. Розроблені в дисертації програмні засоби можуть використовуватись як окремо (СКПР, ПЗ аналізу знімків КТ для діагностики) так і в складі інших систем (наприклад, як складові систем підтримки прийняття рішень). Результати проведених досліджень було опубліковано у 9 наукових працях, з яких 4 у фахових наукових журналах категорії «Б», 1 у журналі, що індексується наукометричною базою даних Scopus, 4 у матеріалах міжнародних науково-практичних конференцій.Документ Відкритий доступ Спосіб побудови віртуальної комп’ютерної мережі на основі технології SDN(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Череватенко, Олексій Володимирович; Кулаков, Юрій ОлексійовичЧереватенко О.В. Спосіб побудови віртуальної комп’ютерної мережі на основі технології SDN. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 123 – Комп’ютерна інженерія з галузі знань 12 – Інформаційні технології. – Національний Технічний Університет України «Київський Політехнічний Інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена побудові віртуальної комп’ютерної мережі для передачі заданого типу трафіку з використанням технології програмновизначених мереж (software-defined networks, SDN). По результатам дослідження створено комплексний спосіб побудови віртуальної програмно-визначеної мережі, яка використовує метод побудови каналів зв’язку на основі інтегрального критерію з урахуванням метрик якості обслуговування та метод динамічної реконфігурації мережі з використанням відмовостійких резервних каналів зв’язку. Метою дисертаційної роботи є розробка комплексного способу побудови комп’ютерної мережі для підвищення швидкості та надійності передачі даних в ній, що дозволить гарантувати відповідність мережі заданим параметрам якості обслуговування під час виходу з ладу окремих її ділянок шляхом інтеграції технологій віртуальних мереж та програмно-визначених мереж. Досліджені відомі рішення побудови віртуальних комп’ютерних мереж з використанням технології SDN. На основі аналізу літературних джерел зроблено постановку задачі про необхідність розробки рішення для побудови віртуальної комп’ютерної мережі на основі технології SDN, яке дозволить вдосконалити процеси передачі даних у випадку відмов окремих ділянок комп’ютерної мережі. Після проведеного аналізу літератури на тему відповідності рішень побудови програмно-визначених мереж критеріям якості обслуговування (quality of service, QoS) зроблено висновок про необхідність розробки методу врахування якомога більшої (не менше чотирьох, оскільки відомі рішення зазвичай враховують дві або три) кількості метрик якості обслуговування при передачі даних у мережі. Вперше розроблено та обґрунтовано інтегральний критерій побудови каналів зв’язку у віртуальній комп’ютерній мережі на основі технології SDN, який, на відміну від існуючих способів побудови, одночасно враховує необхідну кількість та пріоритети метрик якості обслуговування каналів зв’язку мережі, що дозволяє досягти збереження стабільної швидкості передачі трафіку будь-якого типу. Цей критерій формується на основі числових метрик якості обслуговування зв’язків між комутаторами для оптимізації побудови шляхів під час маршрутизації. Вперше розроблено та обґрунтовано критерій надійності вузлів мережі для побудови каналів зв’язку, який, на відміну від існуючих способів побудови, враховує здатність проміжних пристроїв мережі транспортувати трафік між своїми портами, що дозволяє збільшити надійність каналів зв’язку та зменшити втрати даних під час передачі. Використання метрики надійності вузлів у якості критерію побудови дозволяє обирати такі канали зв’язку, що задовольняють необхідній якості обслуговування при передачі різних типів трафіку. Вперше розроблено та обґрунтовано метод побудови відмовостійких каналів зв’язку віртуальної мережі на основі технології SDN, який, на відміну від існуючих методів, базується на розділенні віртуальної мережі на підмережі та використовує розроблені інтегральний критерій побудови каналів зв’язку з урахуванням якості обслуговування та критерій надійності вузлів, що дозволяє забезпечити стабільну швидкість, зменшити затримку та втрати даних під час передачі будь-якого типу трафіку у разі виходу з ладу окремих ділянок мережі. Використання пріоритезації метрик при побудові шляхів передачі дозволяє збільшити гнучкість застосування методу та змінювати конфігурацію віртуальної мережі в залежності від різних типів трафіку, що передається. Удосконалено метод динамічної реконфігурації віртуальної мережі на основі технології SDN, який, на відміну від існуючих методів, базується на використанні відмовостійких резервних каналів зв’язку, збережених у пам’яті контролера SDN, що дозволяє підтримувати безперервний сеанс передачі трафіку у разі відмови основного каналу зв’язку. Наявність резервного каналу дозволяє не переривати з’єднання між вузлами у разі відмови основного маршруту, поки контролер виконує побудову нового шляху в обхід проблемних ділянок та завантаження його в комутатори. Розроблено програмне забезпечення для SDN-контролера Open Network Operating System (ONOS), зокрема застосунок, який реалізує розроблені в роботі методи побудови каналів зв’язку на основі інтегрального критерію та динамічної реконфігурації мережі з використанням резервних каналів зв’язку. Експерименти з використанням застосунку показали зменшення часу реконфігурації мережевої моделі та доставки даних, порівняно зі стандартними засобами маршрутизації у ONOS. Це було досягнуто не лише за рахунок використання інтегрального критерію побудови каналів зв’язку, а й ефективнішої компіляції інструкцій контролера та перебудові шляхів між комутаторами на основі зібраних даних про потоки. Використання технології SDN дозволяє виконувати переналаштування мережі на рівні контролера у разі відмови певних вузлів, а програмне забезпечення ONOS дозволяє вносити зміни та розширювати набір інструкцій для віртуальної мережі без зупинки контролера та процесу передачі трафіку. Виконано побудову віртуальних мереж різної топологічної організації, що використовують запропоновані в роботі методи побудови каналів зв’язку на основі інтегрального критерію та динамічної реконфігурації на основі резервних каналів зв’язку. Створені моделі віртуальної мережі у програмній утиліті mininet, виконано підключення до неї централізованого SDN контролера зі встановленим на ньому програмним забезпеченням ONOS, задіяння застосунку для передачі даних між вузлами мережі. У ході експерименту генерувався трафік різних типів і відбувалося зняття показників швидкості передачі даних та їхнього об’єму при поступовому відключенні вузлів мережі. Після відключень вузлів контролер відслідковував зміни в конфігурації мережі та виконував побудову та вибір оновлених каналів передачі трафіку. За результатами експериментів, для топологічних графів різної організації вдалося передати об’єм даних, що є на 65% більшим, ніж той, що був переданий з використанням існуючих методів побудови шляхів. Вдалося не допустити зниження швидкості передачі більше ніж на 41% після відключення половини вузлів мережі. Розроблений спосіб побудови віртуальної мережі на основі технології SDN дозволив розробити експериментальну модель для практичного використання та впровадження у корпоративних SDN мережах з відповідним апаратним забезпеченням.Документ Відкритий доступ Визначення фізичних властивостей полімерних і композиційних матеріалів методами молекулярної динаміки і структурної механіки(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Чолак, Ірина Володимирівна; Карвацький, Антон ЯновичЧолак І. В. Визначення фізичних властивостей полімерних і композиційних матеріалів методами молекулярної динаміки і структурної механіки. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 131 «Прикладна механіка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені ІгоряСікорського», Київ, 2025. Дисертаційну роботу присвячено визначенню фізико-механічних властивостей полімерних і композиційних матеріалів методами молекулярної динаміки та структурної механіки перед їхнім синтезом, що необхідно для прогнозування їхньої ефективності при вирішенні конкретних завдань в умовах експлуатації наближених до реальних. Проведено аналітичний огляд сучасного стану досліджень фізико-механічних властивостей полімерних та композиційних матеріалів. . Розглянуто програмне забезпечення та ряд силових полів, що використовуються для моделювання полімерів та полімерних нанокомпозиційних матеріалів(ПНКМ) методами молекулярної динаміки (МД), методи побудови молекулярних систем полімерів та композитів їх основі, способи врівноваження молекулярних моделей та подальшого моделювання фізико-механічних властивостей матеріалів. Встановлено, що методи числового моделювання є потужними інструментами для мінімізації витрати матеріальних ресурсів та тривалості розробки нових матеріалів, зокрема нанокомпозитів. Моделювання процесів у полімерах та полімерних нанокомпозитах перед їхнім синтезом за допомогою вказаних методів дає змогу дослідити поведінку матеріалів в наближених дореальних умовах експлуатації та визначити доцільність їхнього виробництва ще на етапі розробки. Розглянуто взаємозв’язок між методами молекулярної динаміки та структурної механіки через багатоступеневий підхід до комп’ютерного моделювання для розширення можливостей моделювання. Встановлено, що використання багатоступеневого підходу сприяє зменшенню використовуваних потужностей комп’ютера та розширює часові та просторові границі досліджуваних систем. За результатами проведеного огляду встановлено, що наразі недостатньо досліджено вплив нефункціалізованих нанонаповнювачів з довільним їхнім розміщенням у полімерній матриці на комплекс фізико-механічних властивостей ПНКМ, потрібних для континуального моделювання термо-пружно-пластичного стану в умовах експлуатації. Тому використання методів молекулярної динаміки на етапі створення нових нанокомпозиційних матеріалів для визначення їхніх фізико-механічних властивостей та розвиток багатоступеневого підходу до комп’ютерного моделювання є безумовно актуальною проблемою. На підставі проведеного літературного огляду обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи та сформульовано її мету, яка полягає увизначенніфізико-механічних властивостей полімерів та нанокопозиційнихматеріалівзполімерною матрицею та їх застосування в промисловому виробництві. З використанням програми LAMMPS проведено молекулярно-динамічнемоделювання фізико-механічних властивостей поліетилену. Результативерифікації молекулярної моделі поліетилену (ПЕ) показали, що отриманідані МД моделювання або збігаються з наявними літературними даними, або наближені до них. За аналогічними алгоритмами проведено теоретичні дослідження механічних властивостей нанокомпозитів поліетилен-вуглецеві нанотрбки(ПЕ-ВНТ) і ПЕ-графен методами молекулярної динаміки. За результатами проведеного моделювання, встановлено, що при додаванні ВНТ до полімеру модуль пружності ПЕ-ВНТ (за об’ємної частки ВНТ α = 2,08 %) порівнянозчистим ПЕ збільшується на 6,2 % при 275 К та на 25,2 %при300К. Границятекучості ПЕ-ВНТ (при α = 2,08 %) порівняно з ПЕ такожпідвищується:на13,8 % при 275 К і на 8,8 % при 300 К і швидкості деформації 109 с−1.На інтервалі температур (275–315) К модуль пружності нанокомпозитуПЕ-графен(за об’ємної частки графену α = 1,36 %) перевищує відповідні значенняПЕ:на6,7 % при 275 К і на 6,0 % при 300 К, а при 325 К – навпакизменшуєтьсяна5,4 %. Границя текучості ПЕ-графен (при α = 1,36 %) порівняноз ПЕтакожпідвищується: на 8,9 % при 275 К і на 11,7 % при 300 К і швидкості деформації 109 с−1. Проведено молекулярно-динамічне моделювання теплофізичних властивостей нанокомпозитів ПЕ-ВНТ і ПЕ-графен, що включають: теплопровідність, масову ізобарну теплоємність, коефіцієнт лінійного температурного розширення (КЛТР) та температуру склування. Встановлено,що додавання вуглецевих нанотрубок і листів графену збільшує величину ефективної теплопровідності матриці з ПЕ на (44–54) %за температури293Кіза об’ємної частки ВНТ 2,08 % і графену – 1,36 %, відповідно. Це пов’язано з тим, що наявність нанодомішок у матриці ПЕ підвищує впорядкованість її структури, призводить до збільшення середнього вільного діапазону дифузії фононів та ослаблення їх розсіювання, і тим самим підвищує теплопровідність нанокомпозитів ПЕ-ВНТ та ПЕ-графен. Виконано порівняння даних МДмоделювання ефективної теплопровідності ПЕ-ВНТ і ПЕ-графензвідповідними даними розрахованими за теоретичними залежностямидлякомпозиційних матеріалів. Встановлено, що теоретичні залежності даютьзанижені на (6–26) % значення ефективної теплопровідності порівняно з МДмоделюванням. При цьому розбіжність між значеннями теплопровідностізростає зі збільшенням об’ємної частки ВНТ. За результатами порівняння теплофізичних властивостей властивостей молекулярних моделей чистого ПЕ та нанокомпозиту ПЕ-ВНТ(приα=2,08%)встановлено, на інтервалі температур більше 300 К: масоваізобарнатеплоємність ПЕ-ВНТ збільшується на 3,4 % при 310 К і на 4,9%при320К;КЛТР також підвищується на 18,8 % при 310 К та на 27,5 %при320К. При280 К значення масової ізобарної теплоємності ПЕ-ВНТ(приα=2,08%)порівняно з ПЕ менші на 1,6 % і КЛТР – також менші, але на 12,2%. Для інтервалу температур (275–315) К встановлено, що графікилінійнихтемпературних залежностей масової ізобарної теплоємності і КЛТРПЕ-графенмають зростаючі залежності і перетинають відповідні графіки ПЕнаінтервалі(300–310) К залежно від об’ємної частки графену. За температури280Кзначення ср ПЕ-графен порівняно з ПЕ менші на (5–6) %, а при 320К–навпакибільші на (3,1–5,3) %. При 280 К значення КЛТР ПЕ-графен порівнянозПЕменші на (25–35) %, а при 320 К – більші на (11–17) %. Отримано нелінійні двопараметричні залежності механічнихтатеплофізичних властивостей ПЕ-ВНТ і ПЕ-графен у діапазоні змінитемператур(280–320) К та об’ємної частки наповнювачів (0–2,0) %і (0–1,5) %відповідно.При цьому для розробки нових нанокомпозиційних матеріалівнепотрібновиконувати достатньо складні й тривалі числові експериментинабазіМДмоделювання. Вказаний комплекс властивостей потрібен для моделювання термо-пружно-пластичного стану виробів з нанокомпозитів ПЕ-ВНТіПЕ-графен в умовах експлуатації в континуальному наближенні. З використанням результатів МД моделювання відпалу молекулярнихсистем ПЕ, ПЕ-ВНТ і ПЕ-графен під ізотермічно-ізобарним ансамблем NPT визначено температури склування вказаних матеріалів на підставі аналізу їхніх функціональних залежностей зміни об’єму від температури. Встановлено,що для нанокомпозитів ПЕ-ВНТ з ростом частки наповнювача температура склування підвищується, а для нанокомпозитів ПЕ-графеннавпакизменшується. Сформульовано математичні та розроблено відповідні числові моделізадач напружено-деформованого стану для моделювання випробуваньнанокомпозиційних матеріалів типу ПЕ-ВНТ з функціоналізованимиВНТунаближенні ізотропного середовища. Виконано дослідження ефективнихмеханічних властивостей нанокомпозитів ПЕ-ВНТ з різноюоб’ємноючасткоюта довільним розташуванням функціоналізованих ВНТ різної довжинивполімерній матриці. Для визначення ефективних механічнихвластивостейнанокомпозитів ПЕ-ВНТ за даними числового моделювання напружено-деформованого стану зразків використано дві методики, які даютьзбіжнірезультати для коротких ВНТ: різниця між значеннями ефективногомодуляпружності при α = 0,69 % становить 0,1%, а при α = 2,06 %– 0,8 %. Дослідженосіткову збіжність розроблених числових моделей методомподвійногоперерахунку. Встановлено, що за даними числового моделюванняпохибкавизначення модуля пружності не перевищує 0,2 %, а коефіцієнтаПуассона–0,023 %. На підставі порівняння отриманих значень з результатамимолекулярно-динамічного моделювання нанокомпозитів ПЕ-ВНТ з об’ємноючасткоюВНТα ≤ 2,08 %, визначено, що функціоналізація коротких ВНТ у нанокомпозитіПЕ-ВНТ не призводить до підвищення модуля пружності, що може бутипов’язанозі значним, більше ніж у два рази, зменшенням модуля пружності функціоналізованих ВНТ порівняно з нефункціалізованими через наявність вакансій, які з’являються в структурі ВНТ при їх функціоналізації та значно більше впливають на властивості коротких ВНТ ніж довгих. При порівнянні модуля пружності зразків поліетилену армованого короткими та довгими ВНТ визначено, що армування довгими ВНТ сприяє збільшенню модуля пружності на 14,8 % (у 1,17 разів) за об’ємної частки ВНТ меншої на 0,81 %. Розроблено інструменти у вигляді математичних моделей, методик теоретичних досліджень фізико-механічних властивостей полімерних матеріалів методами молекулярної динаміки і структурної механіки та розрахунку паковань, в яких застосовуються полімерні нанокомпозиційні матеріали. Розроблено рекомендації щодо використання полімерних нанокопозиційних матеріалів у промисловому виробництві та пакувальній індустрії. Визначено ефективність застосування нанокомпозиту ПЕ-ВНТ замість ПЕ у трубах для водопостачання та ємностях для зберігання хімікатів за допомогою відповідних порівняльних розрахунків напружено-деформованогостану.Запропоновано для 3D-друку методом пошарового наплавленнявикористовувати пруток з нанокомпозиту ПЕТГ-ВНТ (де ПЕТГмодифікація поліетилентерефталату з додаванням гліколю, що є більш міцним і термостійким, ніж звичайний ПЕТ). Використання прутка ПЕТГ-ВНТ будесприяти поліпшенню механічних властивостей 3D-друкованих виробів порівняно з ПЕТГ і, зокрема, пакувальної тари, виготовленої просторовим друком, та покращенню адгезії між шарами стренги у виробах. Результати дисертаційної роботи впроваджено у навчальний процес кафедри хімічного, полімерного і силікатного машинобудування КПІ ім. ІгоряСікорського під час викладання дисциплін «Дослідження та інжинірингпакувального обладнання», «Прикладні проблеми механікисуцільнихсередовищ», «Наукова робота за темою магістерської дисертації»дляспеціальності «131 – Прикладна механіка», спеціалізації «Інжинірингпакованьта пакувального обладнання».Документ Відкритий доступ Інваріантна до збурень оптимальна система керування оптичною віссю камери(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Осокін, Владислав Сергійович; Збруцький, Олександр ВасильовичОсокін В.С. Інваріантна до збурень оптимальна система керування оптичною віссю камери. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 173 «Авіоніка» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Підготовка здійснювалася на кафедрі систем керування літальними апаратами Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України. Дисертаційна робота присвячена розробці інваріантної до збурень системи керування оптичною віссю камери для авіаційних і космічних застосувань, що дозволяє стабілізувати і контролювати зображення з оптичних приладів з високою точністю в умовах невизначених зовнішніх збурень. Тематика дослідження пов’язана з розробкою систем керування, які мають інваріантність до збурень і забезпечують стабільне керування оптичною віссю камери в умовах невизначених і змінних зовнішніх впливів. Системи стабілізації та керування, які здатні працювати з високою точністю в умовах невизначеності, мають особливе значення для сучасної авіаційної та космічної техніки. Однією з найважливіших задач є забезпечення стабільності і точності автоматичних систем керування, які керують оптичною віссю камер тепловізійних пристроїв, що використовуються на літальних апаратах різного призначення. При цьому особлива увага приділяється здатності систем до адаптації в умовах невизначених зовнішніх збурень, які можуть суттєво впливати на формування зображення для коректного розпізнавання та наведення. Для вирішення цих задач необхідне застосування новітніх методів математичного моделювання, розробки алгоритмів керування та обчислювальних засобів, які дозволяють отримати стабільну, високоточну систему керування. Дослідження фокусується на створенні систем автоматичного керування, які базуються на принципах оберненої динамічної моделі системи. Це забезпечує можливість підвищити точність і стійкість в умовах зовнішніх збурень завдяки компенсації неконтрольованих впливів у реальному часі. Особливу роль у цьому відіграють математичні моделі, які описують динаміку систем керування оптичними системами і дозволяють передбачити її поведінку в різних умовах експлуатації. Метою дисертаційної роботи є підвищення точності систем автоматичного керування (САК) оптичною віссю камер шляхом розробки та впровадження інваріантної до збурень системи керування з використанням адаптивного коефіцієнту на основі оберненої динамічної моделі системи, що дозволяє досягти гарантованої точності в умовах непередбачуваних зовнішніх впливів. У першому розділі проведено всебічний аналіз існуючих методів і алгоритмів керування, які використовуються для стабілізації та керування оптичними осями камер. Розглянуто основні сучасні підходи, зокрема зворотну динамічну систему, адаптивне керування, робастне керування та метод активного компенсування збурень, що дозволяють забезпечити високу точність роботи САК. На основі цього аналізу сформульовано вимоги до розроблення нової системи керування, яка відповідатиме сучасним викликам в авіаційній галузі. Другий розділ присвячено розробці математичної моделі САК для керування та стабілізації оптичної осі камери, яка забезпечує гарантовану точність і стійкість перехідних процесів при змінних зовнішніх умовах. Математична модель враховує динаміку системи стабілізації та керування оптичною системою та забезпечує високу точність стабілізації зображення. Третій розділ містить розробку алгоритму автоматичного керування, що забезпечує інваріантність до збурень. Запропоновано новий алгоритм формування коефіцієнтів зворотного зв’язку на основі параметрів оптимальної системи з використанням оберененої динамічної моделі системи та додаткового контуру який базується на наближенні змінної стану до допустимої межі та дозволяє досягати гарантованої точності стабілізації при непередбачуваних відхиленнях. Представлено метод визначення параметрів додаткового контуру керування для забезпечення стійкості та адаптивності системи, що дозволяє системі підлаштовуватися до змінних умов в реальному часі. Четвертий розділ присвячено математичному моделюванню роботи розробленої системи керування гарантованої точності. Показано, що запропонований алгоритм забезпечує високу ефективність в умовах невизначених збурень. Проведено порівняння з традиційними методами, що демонструє суттєве покращення якості перехідного процесу керування та стабілізації. Практичне значення роботи полягає у можливості використання розробленої системи в авіаційних та космічних системах для підвищення ефективності роботи тепловізійних камер і сенсорів. Це досягається шляхом забезпечення гарантованої точності в роботі системи керування за умов дії невизначених збурень, зменшення похибки стабілізації та покращення якості формування і обробки зображень. Розроблені алгоритми підвищують точність цілевказівки, зменшують вплив зовнішніх факторів, таких як вібрації та сухе тертя, і забезпечують адаптивність до змін у зовнішньому середовищі. Система може бути інтегрована у складі сучасних тепловізійних приладів, систем наведення та автоматичного супроводження цілі, що використовуються у високоточній техніці. Її впровадження сприяє зростанню ефективності та конкурентоспроможності вітчизняних авіаційних і космічних технологій. Практичні результати роботи реалізовані у виробничих умовах ДП «СПБ Арсенал», що підтверджується відповідним актом впровадження (Додаток Д). Наукова новизна отриманих результатів 1. Вперше запропоновано метод формування коригуючого впливу для компенсації збурень, який базується на наближенні змінної стану до допустимої межі. Показано, що алгоритм забезпечує гарантовану компенсацію збурень та необхідну якість перехідного процесу. 2. Вперше розроблено алгоритм забезпечення інваріантності до збурень демонструє високу ефективність за різних умов, зменшує похибку стабілізації, підвищує точність керування та зберігає стабільність системи в умовах випадкових збурень, на які не накладаються обмеження. 3. Вперше запропоновано застосування підходу оберненої динамічної моделі системи для систем високого порядку для забезпечення стабільності та якості перехідного процесу системи автоматичного керування, що не залежить від характеру збурень, запропонований підхід не накладає обмежень на характер збурень оскільки не потребує їх вимірювання, що дозволяє використовувати систему в умовах змінних та непередбачуваних зовнішніх впливів. 4. Встановлений вплив кожної з алгебраїчної, диференціальної та інтегральної складових регулятора гарантування точності на динаміку системи керування, що дозволило оптимізувати параметри регулятора для підвищення швидкодії та якості перехідного процесу і компенсацію накопиченої похибки, особливо під час тривалих збурень. 5. Узагальнена математична постановка задачі гарантування точності керування як розв’язання алгебро–диференціальних рівнянь з обмеженнями. Публікації. Основні наукові результати дисертаційної роботи опубліковані у 5 наукових статтях у фахових виданнях, включених до переліку наукових фахових видань України категорії «Б», у 5 тез доповідей на міжнародних науково–технічних конференціях, 1з яких матеріали конференції індексуються в Scopus.Документ Відкритий доступ Інформаційна технологія управління обчислювальними ресурсами в Kubernetes кластері(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Омельченко, Віталій Вікторович; Ролік, О. І.Омельченко В. В. Інформаційна технологія управління обчислювальними ресурсами в Kubernetes кластері. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 126 – Інформаційні системи та технології в галузі знань 12 – Інформаційні технології. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблеми автоматизації управління обчислювальними ресурсами в кластерах Kubernetes. Сучасні інформаційні системи підтримують велику кількість застосунків. Одним із важливих факторів для підтримання заданого рівня якості послуг є забезпечення компонентів інформаційної системи достатнім об’ємом обчислювальних ресурсів. Обчислювальні та фінансові ресурси є обмеженими, що вимагає постійного пошуку балансу між рівнем послуг та об’ємом ресурсів. Автоматизація процесів управління ІТ-інфраструктурою дозволяє підвищити ефективність використання обчислювальних ресурсів кластера при дотриманні необхідного рівня якості послуг, що надаються. Проведено аналіз існуючих методів прогнозування часових рядів в контексті робочих навантажень на доцільність їх використання для проактивного масштабування. Для порівняння обрано поширені методи прогнозування для часових рядів з врахуванням сезонностей, тенденцій та запланованих подій. Проведені експериментальні дослідження оцінки точності обраних методів на типових шаблонах робочих навантажень на основі історичних даних різної довжини. Також досліджено стійкість даних методів до наявності аномалій в історичних даних. На основі проведених експериментів обрано множину методів для прогнозування робочих навантажень в проактивному масштабуванні. Запропоновано метод комбінованого прогнозування з поєднанням компонентів довгострокового та короткострокового передбачення. Навантаження застосунків може включати аномалії, що призводить до некоректного розподілу обчислювальних ресурсів при проактивному управлінні. Метод комбінованого прогнозування дозволяє підвищити стійкість рішень для проактивного масштабування при наявності аномалій з визначеним шаблоном без постійної періодичності. Довгострокове прогнозування використовується для передбачення комплексних сезонностей і тенденцій. Короткострокове прогнозування відповідає за ідентифікацію аномалій в поточному навантаженні та визначення їх масштабу шляхом зіставлення поточного і минулих шаблонів. Комбінування прогнозів двох методів відбувається за допомогою вагових коефіцієнтів, які визначаютьсяшляхом вирішення задачі максимізації на даних для тестування. Проведено експериментальне дослідження запропонованого методу. Результати демонструють підвищення загальної точності з 91% до 95% на тестових даних за умови наявності аномальних шаблонів в історичних даних. Використання запропонованого комбінованого методу прогнозування в рішеннях для проактивного масштабування може підвищити ефективність управління обчислювальними ресурсами. Запропоновано метод проактивного масштабування обчислювальних ресурсів. Проактивні методи масштабування дозволяють надавати консистентний рівень якості послуг при ефективному використанні обчислювальних ресурсів. Описано модель проактивного управління. Запропоновано архітектуру модуля проактивного масштабування, яка включає модулі даних, прогнозування, застосування та прийняття рішень. Описано використання методу в умовах відсутності даних або низької точності отриманих прогнозів. На основі проведеного аналізу методів прогнозування обрано рішення для подальшого використання та розробки програмного модуля. Реалізовано програмний модуль для горизонтального проактивного масштабування в Kubernetes з використанням вбудованих інструментів. Проведено експериментальне дослідження розробленого програмного модуля на кластері Kubernetes для порівняння зі статичним та реактивним підходами масштабування. У порівнянні з надлишковим статичним підходом отримано аналогічний рівень якості послуг при використанні на 46% меншого об’єму ресурсів. У порівнянні з реактивним підходом середній час відповіді застосунку зменшився з 160 мс до 23 мс. Запропоновано гібридний метод масштабування, що включає реактивний і проактивний компоненти. Комбінація даних методів дозволяє використовувати проактивне управління при наявності точних прогнозів. При виникненні аномалій навантаження і неможливості точно оцінити їх масштаб, управління передається реактивному компоненту. Запропоновано індикатор переходу між проактивним і реактивним управлінням на основі порівняння відповідності отриманих прогнозів до поточного навантаження на застосунок. Рівень точності прогнозів визначається протягом заданої кількості ітерацій. Для забезпечення оперативної передачі управління забезпечується робота обох компонентів незалежно від поточного стану. Реалізовано програмний модуль з використанням розробленого проактивного методу і вбудованого рішення для реактивного масштабування в Kubernetes. Проведено експериментальне дослідження розробленого програмного модуля. Результати демонструють здатність запропонованого методу ідентифікувати аномалії та передавати управління між компонентами за визначеними правилами. Запропоновано гібридний метод масштабування, що дозволяє координувати роботу горизонтального і вертикального компонентів масштабування. Метод дозволяє підвищити ефективність використання обчислювальних ресурсів кластера при використанні горизонтального масштабування. Вертикальний компонент адаптує об’єм обчислювальних ресурсів до поточних потреб в межах одного екземпляру для типів обчислювальних ресурсів, які не є основними при горизонтальному масштабуванні. Запропоновано модуль координації для узгодження конфігурації вертикального і горизонтального компонентів. Розроблено програмний модуль для роботи в Kubernetes, який використовує запропонований метод. Результати проведених експериментів демонструють зменшення збиткового резервування обчислювальних ресурсів на 65% у порівнянні зі статичним підходом на синтетичних даних. Створено інформаційну технологію управління обчислювальними ресурсами в кластері. Запропоновано здійснювати декомпозицію інформаційних систем на окремі модулі. Визначено функціонал кожного модуля і комунікацію між модулями та кластером. На основі запропонованої архітектури описано реалізацію інформаційної технології в кластерах Kubernetes. Запропоновано здійснювати інтеграцію вбудованих інструментів для моніторингу стану, аналізу даних і розгортання елементів управління. Описано процеси управління обчислювальними ресурсами. Реалізована інформаційна система використовує інтеграцію розроблених методів для проактивного та гібридного масштабування. Розроблені методи та інформаційна технологія може бути використана для управління ресурсами в реальних інформаційних системах з використанням платформи Kubernetes або подібних платформ оркестрації контейнеризованих застосунків для автоматизації процесів управління обчислювальними ресурсами.Документ Відкритий доступ Інформаційна технологія керування безпілотними апаратами на базі ігрового підходу та нейронних мереж(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Альперт, Максим Іоганович; Онищенко, Вікторія ВалеріївнаАльперт М.І. Інформаційна технологія керування безпілотними апаратами на базі ігрового підходу та нейронних мереж. − Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 126 – Інформаційні системи та технології в галузі знань 12 – Інформаційні технології. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена розробці методів керування безпілотними апаратами та їх взаємодії, що дозволяють підвищити успішність пошуковорятувальних операцій та доставки життєво-необхідних вантажів у важкодоступні місця, в умовах обмеженості ресурсів. Тому існує потреба у створенні нової інформаційної технології взаємодії безпілотних апаратів (БпА) різних типів (наземного та літального) із застосуванням нейронних мереж в умовах ризику та невизначеності, реалізація якої запропонована на базі ігрового підходу, а також у злагодженому функціонуванні програмно-технічного комплексу. У першому розділі висвітлено стислий огляд сучасного стану розвитку інформаційних технологій, їх всебічне застосування в різних галузях: виробництві, сільському господарстві, науці, освіті, зв’язку та управлінні. Наведено огляд інформаційних технологій, новітніх наукових досліджень, напрямів, їх практичної реалізації на даний час. Виконано аналіз позитивних та проблемних аспектів практичної реалізації розглянутих наукових досягнень. Проведено аналіз актуального стану інформаційних технологій керування безпілотними апаратами із застосуванням ігрового підходу та нейронних мереж. Надано огляд сучасних прикладних ігрових методів, побудованих на базі апарату теорії ігор, з використанням яких вже отримана низка перспективних результатів та проаналізовані останні наукові та практичні дослідження в цій галузі. Розглянуто різні типи нейронних мереж, їх застосування у різноманітних сферах життя. Також розглянуто використання нейронних мереж у поєднанні з навчанням з підкріпленням, що дозволяє приймати оптимальні рішення керування у системі. Використання нейронних мереж у поєднанні з ігровими методами має перспективу розвитку для підвищення безпеки виконання місії безпілотними апаратами. Запит суспільства для вирішення складних задач із застосуванням безпілотних апаратів визначає попит на подальший розвиток та вдосконалення інформаційних технологій, у тому числі при розробці нових підходів, методів та моделей керування безпілотними апаратами. У другому розділі виконаного наукового дослідження здійснено огляд, порівняння, аналіз існуючих методів, надано обґрунтування обрання апарату дослідження, який застосовано в процесі проєктування інформаційної технології керування безпілотними апаратами (БпА); отримано нові математичні моделі та розроблена архітектура інформаційної системи. Математичні моделі типу кооперативних ігрових моделей спроможні адекватно відтворюють керування коаліцією безпілотних апаратів, надають змогу розглядати безпілотні апарати в якості гравців, враховують технічні обмеження та способи взаємодії БпА між собою в умовах коаліції. Проведено огляд і порівняльний аналіз централізованого і децентралізованого методів керування БпА. Зроблено висновок, що централізований метод керування коаліцією БпА у порівнянні з децентралізованим має переваги у контролі, простоті та безпеці. Враховуючи переваги централізованого методу над децентралізованим, в науковому дослідженні обрано централізований метод керування БпА. В результаті проведення дисертаційного дослідження отримано дві математичні моделі. 1. Побудовано комбіновану централізовано-кооперативну математичну ігрову модель керування БпА в процесі наукового дослідження. В процесі створення цієї моделі використано підходи і апарат ігрового методу. В якості загальної функції виграшу обрано функцію, яка визначає головну ціль гри − успішне виконання місії від її початку і до кінця. Результатом моделювання є знаходження максимуму загальної функції виграшу. Експериментальне порівняння результатів оптимізації функцій успішності, отриманої комбінованої централізовано-кооперативної математичної ігрової моделі, з однієї сторони з відповідними результатами функцій успішності ідеальної та децентралізованої моделі, з іншої сторони, дає змогу зробити висновок про значно більшу ефективність функції виграшу отриманої моделі. Практичне застосування комбінованої централізовано-кооперативної математичної ігрової моделі дозволить при виконанні місії обрати ігровий підхід; обрати централізовано-кооперативний метод керування БпА; визначитися з вибором найбільш підходящих технічних характеристик коаліції БпЛА та БпНА. 2. Розроблена оптимізаційна ігрова математична модель керування безпілотними апаратами із застосуванням нейронних мереж в умовах ризику та невизначеності. В науковому дослідженні детально розглянуто підхід до вирішення проблеми обмеженості та/або неточності вхідних даних, відповідно до якого розглядаються два різних види ситуацій, які зазвичай необхідно дослідити, а саме: рішення приймаються в умовах ризику; рішення приймаються в умовах невизначеності. В залежності від характеру небажаних ситуацій залежить вибір апарату дослідження. Якщо рішення приймаються в умовах ризику, то появу небажаної перешкоди моделюють із застосуванням апарату теорії ймовірностей. Якщо рішення приймається в умовах невизначеності, функцію розподілу ймовірностей знайти практично неможливо. В науковому дослідженні розглядаються обидві ситуації, які виникають при моделюванні керування БпЛА та БпНА: ризик появи небажаного явища, зокрема весняного/осіннього бездоріжжя; раптова поява перешкоди (ями) в процесі виконання місії (невизначеності). Визначена функція розподілу ймовірностей для кожного i-го ребра з використанням метеорологічних даних за визначений період. Результат застосування першої частини оптимізаційної ігрової математичної моделі – отримання шляху з виключеними проблемними ребрами (ділянками шляху). Друга частина моделі вирішує проблему подолання раптової перешкоди (невизначеності) на шляху в процесі виконання місії. Запропоновано вирішувати цю проблему за допомогою можливостей нейронних мереж та навчання з підкріпленням. Проведено аналіз ефективності оптимізаційної ігрової математичної моделі керування БпЛА та БпНА із застосуванням нейронних мереж в умовах ризику та невизначеності. Найбільшу ефективність з розглянутих реальних моделей має модель, отримана в результаті наукового дослідження, яка врахувала і ризики, і невизначеність. У третьому розділі проведено порівняльний аналіз відомих симуляторів, які необхідні для проведення практичних експериментів. Розглянуто найпоширеніші симулятори (Ardupilot, PX4, ROS, Gazebo, Microsoft AirSim), а також проаналізовані їхні переваги та недоліки. Для проведення досліджень та експериментів обрано симулятор Microsoft AirSim. В науковому дослідженні запропоновано такі модифікації симулятора Microsoft AirSim: прибрано центральний контролер та окремий обчислювальний мікрокомп’ютер; додано нові фізичні контролери; додано блок вбудованих алгоритмів; налагоджено взаємодію вбудованих алгоритмів з API Layer. Для проведення експериментів наукового дослідження використано два типи БпА (наземний та літальний), які вбудовані у Microsoft AirSim. В дисертаційному дослідженні наведено огляд різноманітних середовищ, які дозволяють використовувати обраний симулятор та які потенційно можна використовувати для перевірки ігрового підходу і нейронних мереж у керуванні безпілотними апаратами. Для проведення експериментів з виявлення великих статичних та раптових перешкод обрано комбіновану згорткову нейронну мережу, яка поєднує швидкість розпізнавання MobileNet, точність виявлення об’єктів за допомогою SSD та переваги трансферного навчання. Проведені експерименти складалися з навчання згорткової нейронної мережі розпізнавати великі статичні перешкоди за допомогою трансферного навчання. Відповідно до отриманих наукових результатів запропонована у дослідженні комбінована згорткова нейронна мережа ефективно розпізнала нові об’єкти, а саме − великі статичні блоки та раптові перешкоди (вибоїни, ями). Застосоване навчання з підкріпленням в науковому дослідженні надало можливість успішно подолати великі статичні та раптові перешкоди наземним БпА. У четвертому розділі дисертаційного дослідження багато уваги приділено питанню обробки та збереження даних стосовно керування безпілотними апаратами. В якості інструменту проєктування багатошарової архітектури взаємодії з БД обрано мова програмування Python та бібліотека FastAPI. В процесі дослідження розроблено діаграму класів для інформаційної технології керування безпілотними апаратами, побудовано модифікований образ Kafka Connect, а також розроблено схему інформаційної технології керування безпілотними апаратами на базі ігрового підходу та нейронних мереж. Результати наукового дослідження мають як теоретичне, так і практичне значення. Наукове значення отриманих результатів полягає в отриманні нових методів та математичних моделей для проєктування інформаційних технологій керування безпілотними апаратами на базі ігрового підходу та нейронних мереж. На основі одержаних в результаті дослідження алгоритмів розроблено програмне забезпечення і проведено комп’ютерне моделювання різних можливих ситуацій. Запропоновані методи і алгоритми можуть стати основою для керування взаємодією безпілотних апаратів.Документ Відкритий доступ Технологія виробництва чавунних виливків з градієнтною структурою та властивостями(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Устименко, Аліна Іванівна; Лук’яненко, Іван ВіталійовичУстименко А.І.. Технологія виробництва чавунних виливків з градієнтною структурою та властивостями. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 13 Механічна інженерія за спеціальністю 136 Металургія. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертація присвячена дослідженню та розробленню технології виробництва жаростійких чавунних виливків з градієнтною структурою та властивостями для роботи в умовах інтенсивного впливу циклічних термомеханічних навантажень. Розроблено комплекс технологічних прийомів формування градієнту структури та властивостей за рахунок зміни морфології включень графіту у виливках з жаростійких чавунів. Актуальність дослідження полягає у покращенні експлуатаційних властивостей оснащення склотарної промисловості, а саме – формокомплекту, який піддається інтенсивному впливу термічних навантажень. Відповідно, дана практична цінність є вихідним пунктом для досліджень та утилітарного відображення розробленого комплексу технологічних прийомів. Дисертаційна робота складається з чотирьох розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертаційної роботи. У вступі наведено актуальність дисертаційного дослідження, сформульовано мету та задачі, вказано наукову новизну та практичну цінність. У першому розділі висвітлено світові екологічні проблеми, що стосуються деструктивного впливу пластикових пакувальних матеріалів на навколишнє середовище та сучасні тенденції їх заміни на альтернативні матеріали природного походження, такі як скло. Наведено характерні проблеми світових виробників скляної порожнистої тари (склотари) та тенденції розвитку галузі вцілому. Розкрито проблеми виробників оснащення, а саме деталей формокомплекту (форми) для виготовлення порожнистих виробів зі скла. На основі проведеного літературного огляду наведено особливості процесу виробництва склотари, що формують основні вимоги до експлуатаційних властивостей формокомплектів. Проаналізовано поширені матеріали світових виробників формокомплекту, відображено рівень конкурентності вітчизняного виробництва. Розглянуто сучасні методи покращення експлуатаційних властивостей матеріалів, що дозволило оцінити особливості та ефективність технологічних прийомів для подальшого застосування під час виготовлення виливків з жаростійких чавунів. На основі розглянутого та проаналізованого матеріалу – сформульовано мету та задачі дослідження. У другому розділі описано вихідні матеріали та технологічний процес виплавляння жаростійких чавунів, матеріали для їх позапічного оброблення та особливості проведення. Представлено технологічні варіанти виготовлення виливків, методи дослідження фазових перетворень, мікроструктури, механічних властивостей, жаростійкості та температуропровідності чавунів. У третьому розділі описано проведені дослідження з визначення хімічного складу жаростійких кремнистих чавунів 310СМ та 350СМХАН на основі аналізу впливу хімічних елементів на формування властивостей жаростійкості матеріалів. За результатами аналізу визначено вміст основних елементів, а саме % мас.: С = 3,0-3,2; Si = 3,1-3,5 – для чавуну 310СМ; С= 3,0-3,6; Si = 1,8-2,6 – для чавуну 350СМХАН. Основними легувальними елементами для обох сплавів обрано: Si, Mo, Cr, Al, Ni. Визначено температури початку фазових перетворень в дослідних чавунах 310СМ та 350СМХАН методом диференційно-термічного аналізу. Отримані результати порівнювали з характеристиками гомогенних зразків чавуну зі складової формокомплекту для виготовлення склотари. Для порівняння використали складову формокомплекту – форму (далі – вихідний зразок), яка відбракована через локальне потрапляння скла у вентиляційні канали під час налаштування технологічного процесу. За результатами візуального контролю формувальна поверхня вихідного зразка не мала критичних дефектів. Встановлено, що температури початку фазових перетворень дослідних чавунів 310СМ і 350СМХАН перевищують значення температури початку фазових перетворень чавуну вихідного зразка на 31,9 ºС та 17,7 ºС відповідно. Встановлено показники жаростійкості (окалиностійкості, ростостійкості та термостійкості) чавунів 310СМ та 350СМХАН за температури 1000+-20 °С, які порівнювали з аналогічними показниками чавуну вихідного зразка. У результаті встановлено, що після 50 год витримування за температури 1000+-20 °С зміна питомої маси чавунів 310СМ та 350СМХАН менша порівняно з показниками вихідного зразка. Визначено, що у відсотках, значення окалиностійкості чавунів 310СМ та 350СМХАН кращі за окалиностійкість вихідного зразка на 4% та 2 % відповідно. У результаті дослідження ростостійкості встановлено, що ріст зразків чавунів 310СМ та 350СМХАН зі збільшенням кількості циклів нагріванняохолодження (інтервал термоциклування 25+-3 °С-1000+-20 °С) збільшується лінійно. Після 60ти циклів випробовувань на ростостійкість визначено, що зміна геометричних розмірів зразків чавуну 310СМ тотожна значенням вихідного зразка. Зміна розмірів зразків з чавуну 350СМХАН вдвічі менша порівняно зі змінами в чавуні вихідного зразка. Показники термостійкості зразків із чавунів 310СМ та 350СМХАН після 60ти циклів нагріванняохолодження знаходяться на рівні показників чавуну вихідного зразка. У четвертому розділі представлено результати застосування технологічних варіантів для виготовлення виливків із чавунів 310СМ та 350СМХАН з градієнтною структурою за перерізом. Експериментально проведені дослідження знайшли своє відображення у результатах металографічних досліджень, показниках мікротвердості, твердості та температуропровідності, які підтверджують наявність градієнтної структури та властивостей за перерізом виливків. Перший технологічний варіант виготовлення виливків з чавунів 310СМ та 350СМХАН полягає в поверхневому обробленні розплаву в ливарній формі силікобарієвим інокулятором марки SB5 фракціями 0,315 мм, 0,4 мм та 0,63 мм. За результатами металографічного дослідження перерізу виливків визначено, що форма включень графіту пластинчата, а розподіл включень – рівномірний. Встановлено, що за перерізом зразків із чавуну 310СМ середні розміри графітових включень змінюються від 290 мкм до 700 мкм, із чавуну 350СМХАН – в 1,5 рази менші порівняно з 310СМ (залежно від зони). Визначено наявність феритноперлітної металевої матриці. Мікротвердість феритної складової змінюється від 180 HV до 120 HV, а перлітної – від 347 HV до 230 HV. Для зразків 350СМХАН властива перлітноферитна металева матриця з незначною кількістю фериту у вигляді оторочок навколо графітових включень. Мікротвердість домінуючого перліту знаходиться в діапазоні від 365 HV до 300 HV. Другий технологічний варіант виготовлення виливків полягає в поверхневому обробленні розплавів 310СМ та 350СМХАН силікобарієвим інокулятором марки SB5 фракцією 0,315 мм у поєднанні із застосуванням холодильників товщинами 10 мм, 20 мм та 30 мм в нижній порожнині ливарної форми. Технологічний варіант дозволив отримати пластинчату форму включень графіту зі зміною їх розподілу від дрібнорозгалуженого до рівномірного. Встановлено, що у виливках з чавунів 310СМ та 350СМХАН середні розміри графітових включень зменшилися приблизно в 2,5 рази, порівняно з показниками першого технологічного варіанту. У результаті металографічного дослідження мікроструктури зразків, встановлено, що у виливках з чавуну 310СМ наявна феритноперлітна матриця. Мікротвердість феритної складової змінюється від 218 HV до 162 HV, а перлітної складової – від 350 HV до 253 HV. Для зразків з чавуну 350СМХАН властива перлітноферитна металева матриця з незначним вмістом фериту, мікротвердість домінуючого перліту змінюється від 337 HV до 260 HV за перерізом усіх зразків. З метою отримання феритної металевої матриці використано третій технологічний варіант, який полягає у ковшовому обробленні чавунів 310СМ та 350СМХАН силікобарієвим інокулятором марки SB5 та заливанні розплаву на холодильники товщинами 10 мм, 20 мм та 30 мм. Встановлено, що даний варіант дозволив отримати за перерізом виливків обох сплавів градієнт включень графіту пластинчастої форми за розподілом – від дрібнорозгалужених міждендритних до розеткових, які переходять до рівномірних пластинчатих включень графіту. Визначено, що у виливках присутнє зменшення розмірів графітових включень залежно від досліджуваної зони, порівняно з першим та другим технологічними варіантами: для виливків з чавуну 310СМ розміри змінюються від 84 мкм до 357 мкм, а для 350СМХАН – від 65 мкм до 227 мкм. Встановлено, що зразкам із чавуну 310СМ властива повністю феритна металева матриця, значення мікротвердості якої за перерізом змінюються від 184 HV до 126 HV. При цьому, для зразків з чавуну 350СМХАН характерна перлітна металева матриця з карбідними фазами. Мікротвердість перліту змінюється від 380 HV до 296 HV за перерізом усіх зразків. З метою отримання градієнтної морфології структурних складових застосовано четвертий технологічний варіант, який полягає у комбінованому (поступовому) обробленні чавунів 310СМ та 350СМХАН: ковшове оброблення розплаву силікобарієвим інокулятором марки SB5 та внутрішньоформове модифікування в реакційній камері магнієвмісним модифікатором марки VL63(M) і лиття розплаву на холодильники товщинами 10 мм, 20 мм та 30 мм. Технологічний варіант забезпечив отримання у всіх виливках з чавуну 350СМХАН розподіл включень пластинчастого графіту від дрібнорозгалуженого міждендритного до розеткового та перехід до рівномірного. Вказаний розподіл включень графіту аналогічний розподілу в зразках, отриманих за третім технологічним варіантом. Однак, дисперсність графітових включень підвищилася в 1,5 рази порівняно з третім технологічним варіантом. Для виливків з чавуну 310СМ, які було виготовлено із застосуванням холодильників товщинами 10 мм та 20 мм, характерна така ж морфологія графітових включень як у виливках із 350СМХАН. Встановлено, що особлива градієнтна зміна морфології графітових включень властива за перерізом виливка з чавуну 310СМ, який виготовлено із застосуванням холодильника 30 мм. Досліджено, що на поверхні контакту з холодильником у виливку присутній шар завтовшки 6 мм з включеннями графіту кулястої форми, діаметром від 2 мкм до 17 мкм та ступенем сфероїдизування в межах від 70 % до 80 %. Встановлено, що з віддаленням від поверхні контакту із холодильником, морфологія включень графіту змінюється від кулястої до вермикулярної форми. Товщина шару включень вермикулярного графіту становить близько 15 мм. Після чого, в глибших шарах відбувається перехід до включень графіту пластинчастої форми розміром до 245 мкм. За результатами досліджень виливків із чавуну 310СМ, визначено, що їм властива феритна металева матриця, а виливкам з чавуну 350СМХАН – перлітно-феритна. Значення мікротвердості фериту в обох чавунах змінюються від 210 HV до 145 HV. Мікротвердість перліту у виливках з чавуну 350СМХАН змінюється за перерізом від 340 HV до 225 HV. Проведено дослідження температуропровідності виливків з чавунів 310СМ та 350СМХАН, які отримані за третім і четвертим технологічними варіантами виготовлення та із застосуванням холодильника товщиною 30 мм. Встановлено, що показники коефіцієнтів температуропровідності зразків із чавуну 310СМ у середньому на 26 % вищі, порівняно з показниками чавуну 350СМХАН та чавуну вихідного зразка. Встановлено, що найперспективнішим технологічним варіантом є застосування комбінованого (поступового) оброблення чавуну 310СМ: ковшове оброблення розплаву інокулятором марки SB5 та внутрішньоформове модифікування в реакційній камері ливникової системи модифікатором марки VL63(M) із заливанням на холодильник товщиною 30 мм. Даний варіант дозволив отримати у виливках градієнтну структуру за морфологією графіту: зміна від шару включень графіту кулястої форми до шару з включеннями вермикулярного графіту та перехід до включень пластинчатої форми. За перерізом виливків з градієнтною структурою властива зміна механічних (мікротвердості та твердості) і теплофізичних властивостей, зокрема температуропровідності. Виливки з градієнтною структурою та властивостями можуть бути використані для виготовлення деталей з більшою довговічністю в умовах впливу циклічних термомеханічних навантажень. Застосовувати комбіноване оброблення для виготовлення чавунних виливків необхідно з урахуванням вимог до конкретного виробу.Документ Відкритий доступ Науково-технічні принципи стандартизації та управління ризиками інвазивного медичного виробу із простатопротекторною дією(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Дмитренко, Олександра Василівна; Галкін, Олександр Юрійович; Голембіовська, Олена ІгорівнаДмитренко О.В. Науково-технічні принципи стандартизації та управління ризиками інвазивного медичного виробу із простатопротекторною дією. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 163 – Біомедична інженерія. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена комплексному дослідженню науковотехнічних аспектів розробки, стандартизації та управління ризиками інвазивних медичних виробів для ректального застосування, що містять біологічно активні речовини рослинного походження. У роботі досліджено фізико-хімічні, фармакотехнологічні та біологічні властивості медичних виробів із комбінованим складом, їхню відповідність сучасним міжнародним стандартам та регуляторним вимогам. У першому розділі проведено систематичний аналіз сучасних підходів до оцінки безпеки та ефективності медичних виробів. Розглянуто особливості нормативної бази України, гармонізованої з міжнародними стандартами ISO 10993 (оцінка біосумісності), ISO 14971 (управління ризиками) та положеннями Регламенту (ЄС) 2017/745. Описано сучасні тенденції в розробці медичних виробів ректального застосування, що містять біологічно активні речовини. Особливу увагу приділено проблемі розмежування медичних виробів і лікарських засобів на основі їхнього механізму дії. Визначено значущість випробувань біосумісності, зокрема цитотоксичності, сенсибілізації, які є необхідними для медичних виробів, що містять біологічно активні компоненти. Акцент зроблено на комплексній стратегії оцінки безпечності, яка поєднує лабораторні дослідження in vitro та доклінічні випробування in vivo з метою зниження потенційних ризиків при клінічному використанні. У другому розділі роботи детально описано матеріали та методи, які використовувалися для дослідження. Зокрема, подано характеристику рослинних екстрактів (карликова пальма, любисток лікарський, календула лікарська), отриманих методом надкритичної рідинної екстракції CO2, та основ для супозиторіїв (масло какао, Suppocire® AML, Witepsol® H15, поліетиленгліколі). Для оцінки фізико-хімічних властивостей та якості супозиторіїв було застосовано широкий спектр методів: візуальний огляд, вимірювання розмірів, визначення однорідності маси, межі міцності, часу плавлення, розм'якшення та розпадання. Крім того, проведено кількісне визначення вмісту активних речовин у супозиторіях та дослідження їхньої мікробіологічної чистоти. Для оцінки цитотоксичної дії препаратів використано методи культивування клітин та МТТ-тест. Отримані результати статистично оброблено з використанням t-критерію Стьюдента та ANOVA. Третій розділ присвячено розробці оптимальної рецептури ректальних супозиторіїв із використанням рослинних компонентів, які демонструють протизапальну, антиандрогенну та антиоксидантну активність. На основі аналізу літературних даних і попередніх експериментів було відібрано три основні біологічно активні інгредієнти: екстракт ягід карликової пальми (Saw palmetto), екстракт коренів любистку лікарського (Levisticum officinale) та екстракт квіток нагідок лікарських (Calendula officinalis). Досліджено вплив комбінацій цих компонентів на фізико-хімічні властивості супозиторіїв, їх стабільність і рівномірність розподілу активних речовин. Обрано допоміжні речовини, такі як жирова основа, яка забезпечує стабільність і зручність застосування. У четвертому розділі оцінено біосумісність розроблених супозиторіїв відповідно до стандарту ISO 10993. Проведено тести на: - Цитотоксичність – оцінено вплив активних компонентів на клітинні культури, що підтвердило відсутність у них токсичної дії. - Сенсибілізацію – перевірено алергічну реактивність супозиторіїв, яка виявилася мінімальною. - Подразнення – встановлено, що супозиторії не викликають подразнення шкіри та слизових оболонок. Результати свідчать про високу біосумісність розроблених супозиторіїв, що дозволяє рекомендувати їх для подальших доклінічних досліджень. Також у цьому розділі наведено результати клінічного оцінювання терапевтичної ефективності ректальних супозиторіїв на моделі хронічного запалення. Застосування поєднання активних компонентів у формі супозиторіїв забезпечує виражений синергетичний ефект, що проявляється у: - Зниженні набряку та запальної реакції – встановлено значне зменшення рівня запального процесу в зоні застосування, що підтверджується гістологічними даними. - Відновленні мікроциркуляції – вивчено вплив активних компонентів на покращення кровопостачання у зоні запалення. - Антиоксидантній активності – проведено аналіз рівня окислювальних маркерів, який показав зниження вільнорадикального окислення під дією супозиторіїв. - Зменшенні больового синдрому – встановлено, що застосування супозиторіїв сприяє швидкому зняттю больових симптомів. Порівняння з традиційними методами лікування (пероральні препарати, ін’єкційні форми) показали перевагу ректальних супозиторіїв у зниженні побічних ефектів, зокрема з боку шлунково-кишкового тракту, та забезпеченні локальної дії. Це свідчить про перспективність розроблених виробів для лікування хронічного простатиту та інших запальних станів. У цьому розділі акцентується увага на важливісті систематичного підходу до управління ризиками, пов’язаними з використанням медичних виробів ректального застосування. На основі стандарту ISO 14971 розроблено модель управління ризиками, яка включає: - Ідентифікацію ризиків – виявлено потенційні ризики, пов’язані з біологічно активними речовинами (варіабельність сировини, можливість алергічних реакцій, взаємодія з чутливими тканинами). - Оцінку ризиків – проаналізовано вплив кожного ризику на безпеку та ефективність супозиторіїв. Для цього використано матрицю оцінки ризиків із визначенням їхньої ймовірності та серйозності наслідків. - Мінімізацію ризиків – розроблено заходи, спрямовані на зниження ризиків, включаючи контроль якості сировини, вдосконалення технологічного процесу та проведення випробувань в процесі виробництва та при випуску готового продукту. Система управління ризиками може бути впроваджена виробниками для покращення якості продукції та забезпечення її відповідності сучасним міжнародним стандартам. Практичне значення роботи полягає у створенні медичних виробів, які відповідають сучасним міжнародним вимогам щодо безпеки та ефективності. Запропоновані підходи до розробки, стандартизації та управління ризиками сприяють вдосконаленню терапії хронічного простатиту та інтеграції українських виробників у міжнародний ринок. Рекомендації роботи можуть бути використані регуляторними органами та виробниками для вдосконалення процесів розробки, оцінки відповідності та впровадження медичних виробів на ринок. Таким чином, виконані дослідження закладають основу для подальшої розробки інноваційних медичних виробів, що поєднують високу ефективність із безпекою та відповідають найвищим стандартам сучасної медицини.